|
|
---
|
|
|
comments: true
|
|
|
---
|
|
|
|
|
|
# 5.2 佇列
|
|
|
|
|
|
<u>佇列（queue）</u>是一種遵循先入先出規則的線性資料結構。顧名思義，佇列模擬了排隊現象，即新來的人不斷加入佇列尾部，而位於佇列頭部的人逐個離開。
|
|
|
|
|
|
如圖 5-4 所示，我們將佇列頭部稱為“佇列首”，尾部稱為“佇列尾”，將把元素加入列尾的操作稱為“入列”，刪除佇列首元素的操作稱為“出列”。
|
|
|
|
|
|
{ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 圖 5-4 佇列的先入先出規則 </p>
|
|
|
|
|
|
## 5.2.1 佇列常用操作
|
|
|
|
|
|
佇列的常見操作如表 5-2 所示。需要注意的是，不同程式語言的方法名稱可能會有所不同。我們在此採用與堆疊相同的方法命名。
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 表 5-2 佇列操作效率 </p>
|
|
|
|
|
|
<div class="center-table" markdown>
|
|
|
|
|
|
| 方法名 | 描述 | 時間複雜度 |
|
|
|
| -------- | ---------------------------- | ---------- |
|
|
|
| `push()` | 元素入列，即將元素新增至佇列尾 | $O(1)$ |
|
|
|
| `pop()` | 佇列首元素出列 | $O(1)$ |
|
|
|
| `peek()` | 訪問佇列首元素 | $O(1)$ |
|
|
|
|
|
|
</div>
|
|
|
|
|
|
我們可以直接使用程式語言中現成的佇列類別：
|
|
|
|
|
|
=== "Python"
|
|
|
|
|
|
```python title="queue.py"
|
|
|
from collections import deque
|
|
|
|
|
|
# 初始化佇列
|
|
|
# 在 Python 中，我們一般將雙向佇列類別 deque 當作佇列使用
|
|
|
# 雖然 queue.Queue() 是純正的佇列類別，但不太好用，因此不推薦
|
|
|
que: deque[int] = deque()
|
|
|
|
|
|
# 元素入列
|
|
|
que.append(1)
|
|
|
que.append(3)
|
|
|
que.append(2)
|
|
|
que.append(5)
|
|
|
que.append(4)
|
|
|
|
|
|
# 訪問佇列首元素
|
|
|
front: int = que[0]
|
|
|
|
|
|
# 元素出列
|
|
|
pop: int = que.popleft()
|
|
|
|
|
|
# 獲取佇列的長度
|
|
|
size: int = len(que)
|
|
|
|
|
|
# 判斷佇列是否為空
|
|
|
is_empty: bool = len(que) == 0
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C++"
|
|
|
|
|
|
```cpp title="queue.cpp"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
queue<int> queue;
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.push(1);
|
|
|
queue.push(3);
|
|
|
queue.push(2);
|
|
|
queue.push(5);
|
|
|
queue.push(4);
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int front = queue.front();
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
queue.pop();
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size = queue.size();
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool empty = queue.empty();
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Java"
|
|
|
|
|
|
```java title="queue.java"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.offer(1);
|
|
|
queue.offer(3);
|
|
|
queue.offer(2);
|
|
|
queue.offer(5);
|
|
|
queue.offer(4);
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek = queue.peek();
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
int pop = queue.poll();
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size = queue.size();
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
boolean isEmpty = queue.isEmpty();
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C#"
|
|
|
|
|
|
```csharp title="queue.cs"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
Queue<int> queue = new();
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.Enqueue(1);
|
|
|
queue.Enqueue(3);
|
|
|
queue.Enqueue(2);
|
|
|
queue.Enqueue(5);
|
|
|
queue.Enqueue(4);
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek = queue.Peek();
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
int pop = queue.Dequeue();
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size = queue.Count;
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool isEmpty = queue.Count == 0;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Go"
|
|
|
|
|
|
```go title="queue_test.go"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
// 在 Go 中，將 list 作為佇列來使用
|
|
|
queue := list.New()
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.PushBack(1)
|
|
|
queue.PushBack(3)
|
|
|
queue.PushBack(2)
|
|
|
queue.PushBack(5)
|
|
|
queue.PushBack(4)
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
peek := queue.Front()
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
pop := queue.Front()
|
|
|
queue.Remove(pop)
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
size := queue.Len()
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
isEmpty := queue.Len() == 0
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Swift"
|
|
|
|
|
|
```swift title="queue.swift"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
// Swift 沒有內建的佇列類別，可以把 Array 當作佇列來使用
|
|
|
var queue: [Int] = []
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.append(1)
|
|
|
queue.append(3)
|
|
|
queue.append(2)
|
|
|
queue.append(5)
|
|
|
queue.append(4)
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
let peek = queue.first!
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
// 由於是陣列，因此 removeFirst 的複雜度為 O(n)
|
|
|
let pool = queue.removeFirst()
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
let size = queue.count
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
let isEmpty = queue.isEmpty
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "JS"
|
|
|
|
|
|
```javascript title="queue.js"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
// JavaScript 沒有內建的佇列，可以把 Array 當作佇列來使用
|
|
|
const queue = [];
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.push(1);
|
|
|
queue.push(3);
|
|
|
queue.push(2);
|
|
|
queue.push(5);
|
|
|
queue.push(4);
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
const peek = queue[0];
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
// 底層是陣列，因此 shift() 方法的時間複雜度為 O(n)
|
|
|
const pop = queue.shift();
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
const size = queue.length;
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
const empty = queue.length === 0;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "TS"
|
|
|
|
|
|
```typescript title="queue.ts"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
// TypeScript 沒有內建的佇列，可以把 Array 當作佇列來使用
|
|
|
const queue: number[] = [];
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.push(1);
|
|
|
queue.push(3);
|
|
|
queue.push(2);
|
|
|
queue.push(5);
|
|
|
queue.push(4);
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
const peek = queue[0];
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
// 底層是陣列，因此 shift() 方法的時間複雜度為 O(n)
|
|
|
const pop = queue.shift();
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
const size = queue.length;
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
const empty = queue.length === 0;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Dart"
|
|
|
|
|
|
```dart title="queue.dart"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
// 在 Dart 中，佇列類別 Qeque 是雙向佇列，也可作為佇列使用
|
|
|
Queue<int> queue = Queue();
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.add(1);
|
|
|
queue.add(3);
|
|
|
queue.add(2);
|
|
|
queue.add(5);
|
|
|
queue.add(4);
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek = queue.first;
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
int pop = queue.removeFirst();
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size = queue.length;
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool isEmpty = queue.isEmpty;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Rust"
|
|
|
|
|
|
```rust title="queue.rs"
|
|
|
/* 初始化雙向佇列 */
|
|
|
// 在 Rust 中使用雙向佇列作為普通佇列來使用
|
|
|
let mut deque: VecDeque<u32> = VecDeque::new();
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
deque.push_back(1);
|
|
|
deque.push_back(3);
|
|
|
deque.push_back(2);
|
|
|
deque.push_back(5);
|
|
|
deque.push_back(4);
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
if let Some(front) = deque.front() {
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
if let Some(pop) = deque.pop_front() {
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
let size = deque.len();
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
let is_empty = deque.is_empty();
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C"
|
|
|
|
|
|
```c title="queue.c"
|
|
|
// C 未提供內建佇列
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Kotlin"
|
|
|
|
|
|
```kotlin title="queue.kt"
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
val queue = LinkedList<Int>()
|
|
|
|
|
|
/* 元素入列 */
|
|
|
queue.offer(1)
|
|
|
queue.offer(3)
|
|
|
queue.offer(2)
|
|
|
queue.offer(5)
|
|
|
queue.offer(4)
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
val peek = queue.peek()
|
|
|
|
|
|
/* 元素出列 */
|
|
|
val pop = queue.poll()
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
val size = queue.size
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
val isEmpty = queue.isEmpty()
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Ruby"
|
|
|
|
|
|
```ruby title="queue.rb"
|
|
|
# 初始化佇列
|
|
|
# Ruby 內建的佇列（Thread::Queue) 沒有 peek 和走訪方法，可以把 Array 當作佇列來使用
|
|
|
queue = []
|
|
|
|
|
|
# 元素入列
|
|
|
queue.push(1)
|
|
|
queue.push(3)
|
|
|
queue.push(2)
|
|
|
queue.push(5)
|
|
|
queue.push(4)
|
|
|
|
|
|
# 訪問佇列元素
|
|
|
peek = queue.first
|
|
|
|
|
|
# 元素出列
|
|
|
# 清注意，由於是陣列，Array#shift 方法時間複雜度為 O(n)
|
|
|
pop = queue.shift
|
|
|
|
|
|
# 獲取佇列的長度
|
|
|
size = queue.length
|
|
|
|
|
|
# 判斷佇列是否為空
|
|
|
is_empty = queue.empty?
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Zig"
|
|
|
|
|
|
```zig title="queue.zig"
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
??? pythontutor "視覺化執行"
|
|
|
|
|
|
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=from%20collections%20import%20deque%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%BD%87%E5%88%97%0A%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%20Python%20%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E6%88%91%E5%80%91%E4%B8%80%E8%88%AC%E5%B0%87%E9%9B%99%E5%90%91%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A1%9E%E5%88%A5%20deque%20%E7%9C%8B%E4%BD%9C%E4%BD%87%E5%88%97%E4%BD%BF%E7%94%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E9%9B%96%E7%84%B6%20queue.Queue%28%29%20%E6%98%AF%E7%B4%94%E6%AD%A3%E7%9A%84%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A1%9E%E5%88%A5%EF%BC%8C%E4%BD%86%E4%B8%8D%E5%A4%AA%E5%A5%BD%E7%94%A8%0A%20%20%20%20que%20%3D%20deque%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E5%88%97%0A%20%20%20%20que.append%281%29%0A%20%20%20%20que.append%283%29%0A%20%20%20%20que.append%282%29%0A%20%20%20%20que.append%285%29%0A%20%20%20%20que.append%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%20que%20%3D%22%2C%20que%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20front%20%3D%20que%5B0%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%20front%20%3D%22%2C%20front%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E5%88%97%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20que.popleft%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22%2C%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%BE%8C%20que%20%3D%22%2C%20que%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20len%28que%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%20size%20%3D%22%2C%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20len%28que%29%20%3D%3D%200%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%20%3D%22%2C%20is_empty%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
|
|
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=from%20collections%20import%20deque%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%BD%87%E5%88%97%0A%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%20Python%20%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E6%88%91%E5%80%91%E4%B8%80%E8%88%AC%E5%B0%87%E9%9B%99%E5%90%91%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A1%9E%E5%88%A5%20deque%20%E7%9C%8B%E4%BD%9C%E4%BD%87%E5%88%97%E4%BD%BF%E7%94%A8%0A%20%20%20%20%23%20%E9%9B%96%E7%84%B6%20queue.Queue%28%29%20%E6%98%AF%E7%B4%94%E6%AD%A3%E7%9A%84%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A1%9E%E5%88%A5%EF%BC%8C%E4%BD%86%E4%B8%8D%E5%A4%AA%E5%A5%BD%E7%94%A8%0A%20%20%20%20que%20%3D%20deque%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E5%88%97%0A%20%20%20%20que.append%281%29%0A%20%20%20%20que.append%283%29%0A%20%20%20%20que.append%282%29%0A%20%20%20%20que.append%285%29%0A%20%20%20%20que.append%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%20que%20%3D%22%2C%20que%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20front%20%3D%20que%5B0%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%20front%20%3D%22%2C%20front%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E5%88%97%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20que.popleft%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22%2C%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%BE%8C%20que%20%3D%22%2C%20que%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20len%28que%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%20size%20%3D%22%2C%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20len%28que%29%20%3D%3D%200%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%20%3D%22%2C%20is_empty%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全螢幕觀看 ></a></div>
|
|
|
|
|
|
## 5.2.2 佇列實現
|
|
|
|
|
|
為了實現佇列，我們需要一種資料結構，可以在一端新增元素，並在另一端刪除元素，鏈結串列和陣列都符合要求。
|
|
|
|
|
|
### 1. 基於鏈結串列的實現
|
|
|
|
|
|
如圖 5-5 所示，我們可以將鏈結串列的“頭節點”和“尾節點”分別視為“佇列首”和“佇列尾”，規定佇列尾僅可新增節點，佇列首僅可刪除節點。
|
|
|
|
|
|
=== "LinkedListQueue"
|
|
|
{ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
=== "push()"
|
|
|
{ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
=== "pop()"
|
|
|
{ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 圖 5-5 基於鏈結串列實現佇列的入列出列操作 </p>
|
|
|
|
|
|
以下是用鏈結串列實現佇列的程式碼：
|
|
|
|
|
|
=== "Python"
|
|
|
|
|
|
```python title="linkedlist_queue.py"
|
|
|
class LinkedListQueue:
|
|
|
"""基於鏈結串列實現的佇列"""
|
|
|
|
|
|
def __init__(self):
|
|
|
"""建構子"""
|
|
|
self._front: ListNode | None = None # 頭節點 front
|
|
|
self._rear: ListNode | None = None # 尾節點 rear
|
|
|
self._size: int = 0
|
|
|
|
|
|
def size(self) -> int:
|
|
|
"""獲取佇列的長度"""
|
|
|
return self._size
|
|
|
|
|
|
def is_empty(self) -> bool:
|
|
|
"""判斷佇列是否為空"""
|
|
|
return not self._front
|
|
|
|
|
|
def push(self, num: int):
|
|
|
"""入列"""
|
|
|
# 在尾節點後新增 num
|
|
|
node = ListNode(num)
|
|
|
# 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if self._front is None:
|
|
|
self._front = node
|
|
|
self._rear = node
|
|
|
# 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
else:
|
|
|
self._rear.next = node
|
|
|
self._rear = node
|
|
|
self._size += 1
|
|
|
|
|
|
def pop(self) -> int:
|
|
|
"""出列"""
|
|
|
num = self.peek()
|
|
|
# 刪除頭節點
|
|
|
self._front = self._front.next
|
|
|
self._size -= 1
|
|
|
return num
|
|
|
|
|
|
def peek(self) -> int:
|
|
|
"""訪問佇列首元素"""
|
|
|
if self.is_empty():
|
|
|
raise IndexError("佇列為空")
|
|
|
return self._front.val
|
|
|
|
|
|
def to_list(self) -> list[int]:
|
|
|
"""轉化為串列用於列印"""
|
|
|
queue = []
|
|
|
temp = self._front
|
|
|
while temp:
|
|
|
queue.append(temp.val)
|
|
|
temp = temp.next
|
|
|
return queue
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C++"
|
|
|
|
|
|
```cpp title="linkedlist_queue.cpp"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue {
|
|
|
private:
|
|
|
ListNode *front, *rear; // 頭節點 front ，尾節點 rear
|
|
|
int queSize;
|
|
|
|
|
|
public:
|
|
|
LinkedListQueue() {
|
|
|
front = nullptr;
|
|
|
rear = nullptr;
|
|
|
queSize = 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
~LinkedListQueue() {
|
|
|
// 走訪鏈結串列刪除節點，釋放記憶體
|
|
|
freeMemoryLinkedList(front);
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size() {
|
|
|
return queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool isEmpty() {
|
|
|
return queSize == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
void push(int num) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
ListNode *node = new ListNode(num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (front == nullptr) {
|
|
|
front = node;
|
|
|
rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
else {
|
|
|
rear->next = node;
|
|
|
rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
int pop() {
|
|
|
int num = peek();
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
ListNode *tmp = front;
|
|
|
front = front->next;
|
|
|
// 釋放記憶體
|
|
|
delete tmp;
|
|
|
queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek() {
|
|
|
if (size() == 0)
|
|
|
throw out_of_range("佇列為空");
|
|
|
return front->val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Vector 並返回 */
|
|
|
vector<int> toVector() {
|
|
|
ListNode *node = front;
|
|
|
vector<int> res(size());
|
|
|
for (int i = 0; i < res.size(); i++) {
|
|
|
res[i] = node->val;
|
|
|
node = node->next;
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
};
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Java"
|
|
|
|
|
|
```java title="linkedlist_queue.java"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue {
|
|
|
private ListNode front, rear; // 頭節點 front ，尾節點 rear
|
|
|
private int queSize = 0;
|
|
|
|
|
|
public LinkedListQueue() {
|
|
|
front = null;
|
|
|
rear = null;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
public int size() {
|
|
|
return queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
public boolean isEmpty() {
|
|
|
return size() == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
public void push(int num) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
ListNode node = new ListNode(num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (front == null) {
|
|
|
front = node;
|
|
|
rear = node;
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
} else {
|
|
|
rear.next = node;
|
|
|
rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
public int pop() {
|
|
|
int num = peek();
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
front = front.next;
|
|
|
queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
public int peek() {
|
|
|
if (isEmpty())
|
|
|
throw new IndexOutOfBoundsException();
|
|
|
return front.val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
public int[] toArray() {
|
|
|
ListNode node = front;
|
|
|
int[] res = new int[size()];
|
|
|
for (int i = 0; i < res.length; i++) {
|
|
|
res[i] = node.val;
|
|
|
node = node.next;
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C#"
|
|
|
|
|
|
```csharp title="linkedlist_queue.cs"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue {
|
|
|
ListNode? front, rear; // 頭節點 front ，尾節點 rear
|
|
|
int queSize = 0;
|
|
|
|
|
|
public LinkedListQueue() {
|
|
|
front = null;
|
|
|
rear = null;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
public int Size() {
|
|
|
return queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
public bool IsEmpty() {
|
|
|
return Size() == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
public void Push(int num) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
ListNode node = new(num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (front == null) {
|
|
|
front = node;
|
|
|
rear = node;
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
} else if (rear != null) {
|
|
|
rear.next = node;
|
|
|
rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
public int Pop() {
|
|
|
int num = Peek();
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
front = front?.next;
|
|
|
queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
public int Peek() {
|
|
|
if (IsEmpty())
|
|
|
throw new Exception();
|
|
|
return front!.val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
public int[] ToArray() {
|
|
|
if (front == null)
|
|
|
return [];
|
|
|
|
|
|
ListNode? node = front;
|
|
|
int[] res = new int[Size()];
|
|
|
for (int i = 0; i < res.Length; i++) {
|
|
|
res[i] = node!.val;
|
|
|
node = node.next;
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Go"
|
|
|
|
|
|
```go title="linkedlist_queue.go"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
type linkedListQueue struct {
|
|
|
// 使用內建包 list 來實現佇列
|
|
|
data *list.List
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
func newLinkedListQueue() *linkedListQueue {
|
|
|
return &linkedListQueue{
|
|
|
data: list.New(),
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
func (s *linkedListQueue) push(value any) {
|
|
|
s.data.PushBack(value)
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
func (s *linkedListQueue) pop() any {
|
|
|
if s.isEmpty() {
|
|
|
return nil
|
|
|
}
|
|
|
e := s.data.Front()
|
|
|
s.data.Remove(e)
|
|
|
return e.Value
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
func (s *linkedListQueue) peek() any {
|
|
|
if s.isEmpty() {
|
|
|
return nil
|
|
|
}
|
|
|
e := s.data.Front()
|
|
|
return e.Value
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
func (s *linkedListQueue) size() int {
|
|
|
return s.data.Len()
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
func (s *linkedListQueue) isEmpty() bool {
|
|
|
return s.data.Len() == 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取 List 用於列印 */
|
|
|
func (s *linkedListQueue) toList() *list.List {
|
|
|
return s.data
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Swift"
|
|
|
|
|
|
```swift title="linkedlist_queue.swift"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue {
|
|
|
private var front: ListNode? // 頭節點
|
|
|
private var rear: ListNode? // 尾節點
|
|
|
private var _size: Int
|
|
|
|
|
|
init() {
|
|
|
_size = 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
func size() -> Int {
|
|
|
_size
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
func isEmpty() -> Bool {
|
|
|
size() == 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
func push(num: Int) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
let node = ListNode(x: num)
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if front == nil {
|
|
|
front = node
|
|
|
rear = node
|
|
|
}
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
else {
|
|
|
rear?.next = node
|
|
|
rear = node
|
|
|
}
|
|
|
_size += 1
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
@discardableResult
|
|
|
func pop() -> Int {
|
|
|
let num = peek()
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
front = front?.next
|
|
|
_size -= 1
|
|
|
return num
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
func peek() -> Int {
|
|
|
if isEmpty() {
|
|
|
fatalError("佇列為空")
|
|
|
}
|
|
|
return front!.val
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
func toArray() -> [Int] {
|
|
|
var node = front
|
|
|
var res = Array(repeating: 0, count: size())
|
|
|
for i in res.indices {
|
|
|
res[i] = node!.val
|
|
|
node = node?.next
|
|
|
}
|
|
|
return res
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "JS"
|
|
|
|
|
|
```javascript title="linkedlist_queue.js"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue {
|
|
|
#front; // 頭節點 #front
|
|
|
#rear; // 尾節點 #rear
|
|
|
#queSize = 0;
|
|
|
|
|
|
constructor() {
|
|
|
this.#front = null;
|
|
|
this.#rear = null;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
get size() {
|
|
|
return this.#queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
isEmpty() {
|
|
|
return this.size === 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
push(num) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
const node = new ListNode(num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (!this.#front) {
|
|
|
this.#front = node;
|
|
|
this.#rear = node;
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
} else {
|
|
|
this.#rear.next = node;
|
|
|
this.#rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
this.#queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
pop() {
|
|
|
const num = this.peek();
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
this.#front = this.#front.next;
|
|
|
this.#queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
peek() {
|
|
|
if (this.size === 0) throw new Error('佇列為空');
|
|
|
return this.#front.val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
toArray() {
|
|
|
let node = this.#front;
|
|
|
const res = new Array(this.size);
|
|
|
for (let i = 0; i < res.length; i++) {
|
|
|
res[i] = node.val;
|
|
|
node = node.next;
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "TS"
|
|
|
|
|
|
```typescript title="linkedlist_queue.ts"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue {
|
|
|
private front: ListNode | null; // 頭節點 front
|
|
|
private rear: ListNode | null; // 尾節點 rear
|
|
|
private queSize: number = 0;
|
|
|
|
|
|
constructor() {
|
|
|
this.front = null;
|
|
|
this.rear = null;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
get size(): number {
|
|
|
return this.queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
isEmpty(): boolean {
|
|
|
return this.size === 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
push(num: number): void {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
const node = new ListNode(num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (!this.front) {
|
|
|
this.front = node;
|
|
|
this.rear = node;
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
} else {
|
|
|
this.rear!.next = node;
|
|
|
this.rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
this.queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
pop(): number {
|
|
|
const num = this.peek();
|
|
|
if (!this.front) throw new Error('佇列為空');
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
this.front = this.front.next;
|
|
|
this.queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
peek(): number {
|
|
|
if (this.size === 0) throw new Error('佇列為空');
|
|
|
return this.front!.val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
toArray(): number[] {
|
|
|
let node = this.front;
|
|
|
const res = new Array<number>(this.size);
|
|
|
for (let i = 0; i < res.length; i++) {
|
|
|
res[i] = node!.val;
|
|
|
node = node!.next;
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Dart"
|
|
|
|
|
|
```dart title="linkedlist_queue.dart"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue {
|
|
|
ListNode? _front; // 頭節點 _front
|
|
|
ListNode? _rear; // 尾節點 _rear
|
|
|
int _queSize = 0; // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
LinkedListQueue() {
|
|
|
_front = null;
|
|
|
_rear = null;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size() {
|
|
|
return _queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool isEmpty() {
|
|
|
return _queSize == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
void push(int _num) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 _num
|
|
|
final node = ListNode(_num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (_front == null) {
|
|
|
_front = node;
|
|
|
_rear = node;
|
|
|
} else {
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
_rear!.next = node;
|
|
|
_rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
_queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
int pop() {
|
|
|
final int _num = peek();
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
_front = _front!.next;
|
|
|
_queSize--;
|
|
|
return _num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek() {
|
|
|
if (_queSize == 0) {
|
|
|
throw Exception('佇列為空');
|
|
|
}
|
|
|
return _front!.val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
List<int> toArray() {
|
|
|
ListNode? node = _front;
|
|
|
final List<int> queue = [];
|
|
|
while (node != null) {
|
|
|
queue.add(node.val);
|
|
|
node = node.next;
|
|
|
}
|
|
|
return queue;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Rust"
|
|
|
|
|
|
```rust title="linkedlist_queue.rs"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
#[allow(dead_code)]
|
|
|
pub struct LinkedListQueue<T> {
|
|
|
front: Option<Rc<RefCell<ListNode<T>>>>, // 頭節點 front
|
|
|
rear: Option<Rc<RefCell<ListNode<T>>>>, // 尾節點 rear
|
|
|
que_size: usize, // 佇列的長度
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
impl<T: Copy> LinkedListQueue<T> {
|
|
|
pub fn new() -> Self {
|
|
|
Self {
|
|
|
front: None,
|
|
|
rear: None,
|
|
|
que_size: 0,
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
pub fn size(&self) -> usize {
|
|
|
return self.que_size;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
pub fn is_empty(&self) -> bool {
|
|
|
return self.size() == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
pub fn push(&mut self, num: T) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
let new_rear = ListNode::new(num);
|
|
|
match self.rear.take() {
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
Some(old_rear) => {
|
|
|
old_rear.borrow_mut().next = Some(new_rear.clone());
|
|
|
self.rear = Some(new_rear);
|
|
|
}
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
None => {
|
|
|
self.front = Some(new_rear.clone());
|
|
|
self.rear = Some(new_rear);
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
self.que_size += 1;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
pub fn pop(&mut self) -> Option<T> {
|
|
|
self.front.take().map(|old_front| {
|
|
|
match old_front.borrow_mut().next.take() {
|
|
|
Some(new_front) => {
|
|
|
self.front = Some(new_front);
|
|
|
}
|
|
|
None => {
|
|
|
self.rear.take();
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
self.que_size -= 1;
|
|
|
Rc::try_unwrap(old_front).ok().unwrap().into_inner().val
|
|
|
})
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
pub fn peek(&self) -> Option<&Rc<RefCell<ListNode<T>>>> {
|
|
|
self.front.as_ref()
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
pub fn to_array(&self, head: Option<&Rc<RefCell<ListNode<T>>>>) -> Vec<T> {
|
|
|
if let Some(node) = head {
|
|
|
let mut nums = self.to_array(node.borrow().next.as_ref());
|
|
|
nums.insert(0, node.borrow().val);
|
|
|
return nums;
|
|
|
}
|
|
|
return Vec::new();
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C"
|
|
|
|
|
|
```c title="linkedlist_queue.c"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
typedef struct {
|
|
|
ListNode *front, *rear;
|
|
|
int queSize;
|
|
|
} LinkedListQueue;
|
|
|
|
|
|
/* 建構子 */
|
|
|
LinkedListQueue *newLinkedListQueue() {
|
|
|
LinkedListQueue *queue = (LinkedListQueue *)malloc(sizeof(LinkedListQueue));
|
|
|
queue->front = NULL;
|
|
|
queue->rear = NULL;
|
|
|
queue->queSize = 0;
|
|
|
return queue;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 析構函式 */
|
|
|
void delLinkedListQueue(LinkedListQueue *queue) {
|
|
|
// 釋放所有節點
|
|
|
while (queue->front != NULL) {
|
|
|
ListNode *tmp = queue->front;
|
|
|
queue->front = queue->front->next;
|
|
|
free(tmp);
|
|
|
}
|
|
|
// 釋放 queue 結構體
|
|
|
free(queue);
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size(LinkedListQueue *queue) {
|
|
|
return queue->queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool empty(LinkedListQueue *queue) {
|
|
|
return (size(queue) == 0);
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
void push(LinkedListQueue *queue, int num) {
|
|
|
// 尾節點處新增 node
|
|
|
ListNode *node = newListNode(num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (queue->front == NULL) {
|
|
|
queue->front = node;
|
|
|
queue->rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
else {
|
|
|
queue->rear->next = node;
|
|
|
queue->rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
queue->queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek(LinkedListQueue *queue) {
|
|
|
assert(size(queue) && queue->front);
|
|
|
return queue->front->val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
int pop(LinkedListQueue *queue) {
|
|
|
int num = peek(queue);
|
|
|
ListNode *tmp = queue->front;
|
|
|
queue->front = queue->front->next;
|
|
|
free(tmp);
|
|
|
queue->queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 列印佇列 */
|
|
|
void printLinkedListQueue(LinkedListQueue *queue) {
|
|
|
int *arr = malloc(sizeof(int) * queue->queSize);
|
|
|
// 複製鏈結串列中的資料到陣列
|
|
|
int i;
|
|
|
ListNode *node;
|
|
|
for (i = 0, node = queue->front; i < queue->queSize; i++) {
|
|
|
arr[i] = node->val;
|
|
|
node = node->next;
|
|
|
}
|
|
|
printArray(arr, queue->queSize);
|
|
|
free(arr);
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Kotlin"
|
|
|
|
|
|
```kotlin title="linkedlist_queue.kt"
|
|
|
/* 基於鏈結串列實現的佇列 */
|
|
|
class LinkedListQueue(
|
|
|
// 頭節點 front ，尾節點 rear
|
|
|
private var front: ListNode? = null,
|
|
|
private var rear: ListNode? = null,
|
|
|
private var queSize: Int = 0
|
|
|
) {
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
fun size(): Int {
|
|
|
return queSize
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
fun isEmpty(): Boolean {
|
|
|
return size() == 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
fun push(num: Int) {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
val node = ListNode(num)
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (front == null) {
|
|
|
front = node
|
|
|
rear = node
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
} else {
|
|
|
rear?.next = node
|
|
|
rear = node
|
|
|
}
|
|
|
queSize++
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
fun pop(): Int {
|
|
|
val num = peek()
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
front = front?.next
|
|
|
queSize--
|
|
|
return num
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
fun peek(): Int {
|
|
|
if (isEmpty()) throw IndexOutOfBoundsException()
|
|
|
return front!!._val
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將鏈結串列轉化為 Array 並返回 */
|
|
|
fun toArray(): IntArray {
|
|
|
var node = front
|
|
|
val res = IntArray(size())
|
|
|
for (i in res.indices) {
|
|
|
res[i] = node!!._val
|
|
|
node = node.next
|
|
|
}
|
|
|
return res
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Ruby"
|
|
|
|
|
|
```ruby title="linkedlist_queue.rb"
|
|
|
### 基於鏈結串列頭現的佇列 ###
|
|
|
class LinkedListQueue
|
|
|
### 獲取佇列的長度 ###
|
|
|
attr_reader :size
|
|
|
|
|
|
### 建構子 ###
|
|
|
def initialize
|
|
|
@front = nil # 頭節點 front
|
|
|
@rear = nil # 尾節點 rear
|
|
|
@size = 0
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 判斷佇列是否為空 ###
|
|
|
def is_empty?
|
|
|
@front.nil?
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 入列 ###
|
|
|
def push(num)
|
|
|
# 在尾節點後新增 num
|
|
|
node = ListNode.new(num)
|
|
|
|
|
|
# 如果佇列為空，則令頭，尾節點都指向該節點
|
|
|
if @front.nil?
|
|
|
@front = node
|
|
|
@rear = node
|
|
|
# 如果佇列不為空，則令該節點新增到尾節點後
|
|
|
else
|
|
|
@rear.next = node
|
|
|
@rear = node
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
@size += 1
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 出列 ###
|
|
|
def pop
|
|
|
num = peek
|
|
|
# 刪除頭節點
|
|
|
@front = @front.next
|
|
|
@size -= 1
|
|
|
num
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 訪問佇列首元素 ###
|
|
|
def peek
|
|
|
raise IndexError, '佇列為空' if is_empty?
|
|
|
|
|
|
@front.val
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 將鏈結串列為 Array 並返回 ###
|
|
|
def to_array
|
|
|
queue = []
|
|
|
temp = @front
|
|
|
while temp
|
|
|
queue << temp.val
|
|
|
temp = temp.next
|
|
|
end
|
|
|
queue
|
|
|
end
|
|
|
end
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Zig"
|
|
|
|
|
|
```zig title="linkedlist_queue.zig"
|
|
|
// 基於鏈結串列實現的佇列
|
|
|
fn LinkedListQueue(comptime T: type) type {
|
|
|
return struct {
|
|
|
const Self = @This();
|
|
|
|
|
|
front: ?*inc.ListNode(T) = null, // 頭節點 front
|
|
|
rear: ?*inc.ListNode(T) = null, // 尾節點 rear
|
|
|
que_size: usize = 0, // 佇列的長度
|
|
|
mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null,
|
|
|
mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 記憶體分配器
|
|
|
|
|
|
// 建構子（分配記憶體+初始化佇列）
|
|
|
pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator) !void {
|
|
|
if (self.mem_arena == null) {
|
|
|
self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator);
|
|
|
self.mem_allocator = self.mem_arena.?.allocator();
|
|
|
}
|
|
|
self.front = null;
|
|
|
self.rear = null;
|
|
|
self.que_size = 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 析構函式（釋放記憶體）
|
|
|
pub fn deinit(self: *Self) void {
|
|
|
if (self.mem_arena == null) return;
|
|
|
self.mem_arena.?.deinit();
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 獲取佇列的長度
|
|
|
pub fn size(self: *Self) usize {
|
|
|
return self.que_size;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 判斷佇列是否為空
|
|
|
pub fn isEmpty(self: *Self) bool {
|
|
|
return self.size() == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 訪問佇列首元素
|
|
|
pub fn peek(self: *Self) T {
|
|
|
if (self.size() == 0) @panic("佇列為空");
|
|
|
return self.front.?.val;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 入列
|
|
|
pub fn push(self: *Self, num: T) !void {
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
var node = try self.mem_allocator.create(inc.ListNode(T));
|
|
|
node.init(num);
|
|
|
// 如果佇列為空，則令頭、尾節點都指向該節點
|
|
|
if (self.front == null) {
|
|
|
self.front = node;
|
|
|
self.rear = node;
|
|
|
// 如果佇列不為空，則將該節點新增到尾節點後
|
|
|
} else {
|
|
|
self.rear.?.next = node;
|
|
|
self.rear = node;
|
|
|
}
|
|
|
self.que_size += 1;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 出列
|
|
|
pub fn pop(self: *Self) T {
|
|
|
var num = self.peek();
|
|
|
// 刪除頭節點
|
|
|
self.front = self.front.?.next;
|
|
|
self.que_size -= 1;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 將鏈結串列轉換為陣列
|
|
|
pub fn toArray(self: *Self) ![]T {
|
|
|
var node = self.front;
|
|
|
var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size());
|
|
|
@memset(res, @as(T, 0));
|
|
|
var i: usize = 0;
|
|
|
while (i < res.len) : (i += 1) {
|
|
|
res[i] = node.?.val;
|
|
|
node = node.?.next;
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
};
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
??? pythontutor "視覺化執行"
|
|
|
|
|
|
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%8F%88%E7%B5%90%E4%B8%B2%E5%88%97%E7%AF%80%E9%BB%9E%E9%A1%9E%E5%88%A5%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%2C%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%BE%8C%E7%B9%BC%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%0Aclass%20LinkedListQueue%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E6%96%BC%E9%8F%88%E7%B5%90%E4%B8%B2%E5%88%97%E5%AF%A6%E7%8F%BE%E7%9A%84%E4%BD%87%E5%88%97%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%BB%BA%E6%A7%8B%E5%AD%90%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E9%A0%AD%E7%AF%80%E9%BB%9E%20front%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%20rear%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%3A%20int%20%3D%200%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20not%20self._front%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self%2C%20num%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BE%8C%E6%96%B0%E5%A2%9E%20num%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20ListNode%28num%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%A6%82%E6%9E%9C%E4%BD%87%E5%88%97%E7%82%BA%E7%A9%BA%EF%BC%8C%E5%89%87%E4%BB%A4%E9%A0%AD%E3%80%81%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%E9%83%BD%E6%8C%87%E5%90%91%E8%A9%B2%E7%AF%80%E9%BB%9E%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self._front%20is%20None%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%A6%82%E6%9E%9C%E4%BD%87%E5%88%97%E4%B8%8D%E7%82%BA%E7%A9%BA%EF%BC%8C%E5%89%87%E5%B0%87%E8%A9%B2%E7%AF%80%E9%BB%9E%E6%96%B0%E5%A2%9E%E5%88%B0%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BE%8C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear.next%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20%2B%3D%201%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20num%20%3D%20self.peek%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%88%AA%E9%99%A4%E9%A0%AD%E7%AF%80%E9%BB%9E%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%20%3D%20self._front.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20-%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20num%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._front.val%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BD%89%E5%8C%96%E7%82%BA%E4%B8%B2%E5%88%97%E7%94%A8%E6%96%BC%E5%88%97%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20queue%20%3D%20%5B%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20temp%20%3D%20self._front%0A%20%20%20%20%20%20%20%20while%20temp%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20queue.append%28temp.val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20temp%20%3D%20temp.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20queue%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%BD%87%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue%20%3D%20LinkedListQueue%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue.push%281%29%0A%20%20%20%20queue.push%283%29%0A%20%20%20%20queue.push%282%29%0A%20%20%20%20queue.push%285%29%0A%20%20%20%20queue.push%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%20queue%20%3D%22%2C%20queue.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20queue.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%20front%20%3D%22%2C%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E5%88%97%0A%20%20%20%20pop_front%20%3D%20queue.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22%2C%20pop_front%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%BE%8C%20queue%20%3D%22%2C%20queue.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20queue.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%20size%20%3D%22%2C%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20queue.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%20%3D%22%2C%20is_empty%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=4&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
|
|
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%8F%88%E7%B5%90%E4%B8%B2%E5%88%97%E7%AF%80%E9%BB%9E%E9%A1%9E%E5%88%A5%22%22%22%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%2C%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%20%20%23%20%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%80%BC%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%BE%8C%E7%B9%BC%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BC%95%E7%94%A8%0A%0A%0Aclass%20LinkedListQueue%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E6%96%BC%E9%8F%88%E7%B5%90%E4%B8%B2%E5%88%97%E5%AF%A6%E7%8F%BE%E7%9A%84%E4%BD%87%E5%88%97%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%BB%BA%E6%A7%8B%E5%AD%90%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E9%A0%AD%E7%AF%80%E9%BB%9E%20front%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%20%20%23%20%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%20rear%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%3A%20int%20%3D%200%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20not%20self._front%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self%2C%20num%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BE%8C%E6%96%B0%E5%A2%9E%20num%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20ListNode%28num%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%A6%82%E6%9E%9C%E4%BD%87%E5%88%97%E7%82%BA%E7%A9%BA%EF%BC%8C%E5%89%87%E4%BB%A4%E9%A0%AD%E3%80%81%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%E9%83%BD%E6%8C%87%E5%90%91%E8%A9%B2%E7%AF%80%E9%BB%9E%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self._front%20is%20None%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%A6%82%E6%9E%9C%E4%BD%87%E5%88%97%E4%B8%8D%E7%82%BA%E7%A9%BA%EF%BC%8C%E5%89%87%E5%B0%87%E8%A9%B2%E7%AF%80%E9%BB%9E%E6%96%B0%E5%A2%9E%E5%88%B0%E5%B0%BE%E7%AF%80%E9%BB%9E%E5%BE%8C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear.next%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20self._rear%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20%2B%3D%201%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20num%20%3D%20self.peek%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%88%AA%E9%99%A4%E9%A0%AD%E7%AF%80%E9%BB%9E%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%20%3D%20self._front.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20-%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20num%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._front.val%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BD%89%E5%8C%96%E7%82%BA%E4%B8%B2%E5%88%97%E7%94%A8%E6%96%BC%E5%88%97%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20queue%20%3D%20%5B%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20temp%20%3D%20self._front%0A%20%20%20%20%20%20%20%20while%20temp%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20queue.append%28temp.val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20temp%20%3D%20temp.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20queue%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%BD%87%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue%20%3D%20LinkedListQueue%28%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue.push%281%29%0A%20%20%20%20queue.push%283%29%0A%20%20%20%20queue.push%282%29%0A%20%20%20%20queue.push%285%29%0A%20%20%20%20queue.push%284%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%20queue%20%3D%22%2C%20queue.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20queue.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%20front%20%3D%22%2C%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E5%88%97%0A%20%20%20%20pop_front%20%3D%20queue.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22%2C%20pop_front%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%BE%8C%20queue%20%3D%22%2C%20queue.to_list%28%29%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20queue.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%20size%20%3D%22%2C%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20queue.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%20%3D%22%2C%20is_empty%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=4&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全螢幕觀看 ></a></div>
|
|
|
|
|
|
### 2. 基於陣列的實現
|
|
|
|
|
|
在陣列中刪除首元素的時間複雜度為 $O(n)$ ，這會導致出列操作效率較低。然而，我們可以採用以下巧妙方法來避免這個問題。
|
|
|
|
|
|
我們可以使用一個變數 `front` 指向佇列首元素的索引，並維護一個變數 `size` 用於記錄佇列長度。定義 `rear = front + size` ，這個公式計算出的 `rear` 指向佇列尾元素之後的下一個位置。
|
|
|
|
|
|
基於此設計，**陣列中包含元素的有效區間為 `[front, rear - 1]`**，各種操作的實現方法如圖 5-6 所示。
|
|
|
|
|
|
- 入列操作：將輸入元素賦值給 `rear` 索引處，並將 `size` 增加 1 。
|
|
|
- 出列操作：只需將 `front` 增加 1 ，並將 `size` 減少 1 。
|
|
|
|
|
|
可以看到，入列和出列操作都只需進行一次操作，時間複雜度均為 $O(1)$ 。
|
|
|
|
|
|
=== "ArrayQueue"
|
|
|
{ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
=== "push()"
|
|
|
{ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
=== "pop()"
|
|
|
{ class="animation-figure" }
|
|
|
|
|
|
<p align="center"> 圖 5-6 基於陣列實現佇列的入列出列操作 </p>
|
|
|
|
|
|
你可能會發現一個問題：在不斷進行入列和出列的過程中，`front` 和 `rear` 都在向右移動，**當它們到達陣列尾部時就無法繼續移動了**。為了解決此問題，我們可以將陣列視為首尾相接的“環形陣列”。
|
|
|
|
|
|
對於環形陣列，我們需要讓 `front` 或 `rear` 在越過陣列尾部時，直接回到陣列頭部繼續走訪。這種週期性規律可以透過“取餘操作”來實現，程式碼如下所示：
|
|
|
|
|
|
=== "Python"
|
|
|
|
|
|
```python title="array_queue.py"
|
|
|
class ArrayQueue:
|
|
|
"""基於環形陣列實現的佇列"""
|
|
|
|
|
|
def __init__(self, size: int):
|
|
|
"""建構子"""
|
|
|
self._nums: list[int] = [0] * size # 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
self._front: int = 0 # 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
self._size: int = 0 # 佇列長度
|
|
|
|
|
|
def capacity(self) -> int:
|
|
|
"""獲取佇列的容量"""
|
|
|
return len(self._nums)
|
|
|
|
|
|
def size(self) -> int:
|
|
|
"""獲取佇列的長度"""
|
|
|
return self._size
|
|
|
|
|
|
def is_empty(self) -> bool:
|
|
|
"""判斷佇列是否為空"""
|
|
|
return self._size == 0
|
|
|
|
|
|
def push(self, num: int):
|
|
|
"""入列"""
|
|
|
if self._size == self.capacity():
|
|
|
raise IndexError("佇列已滿")
|
|
|
# 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
# 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
rear: int = (self._front + self._size) % self.capacity()
|
|
|
# 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
self._nums[rear] = num
|
|
|
self._size += 1
|
|
|
|
|
|
def pop(self) -> int:
|
|
|
"""出列"""
|
|
|
num: int = self.peek()
|
|
|
# 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
self._front = (self._front + 1) % self.capacity()
|
|
|
self._size -= 1
|
|
|
return num
|
|
|
|
|
|
def peek(self) -> int:
|
|
|
"""訪問佇列首元素"""
|
|
|
if self.is_empty():
|
|
|
raise IndexError("佇列為空")
|
|
|
return self._nums[self._front]
|
|
|
|
|
|
def to_list(self) -> list[int]:
|
|
|
"""返回串列用於列印"""
|
|
|
res = [0] * self.size()
|
|
|
j: int = self._front
|
|
|
for i in range(self.size()):
|
|
|
res[i] = self._nums[(j % self.capacity())]
|
|
|
j += 1
|
|
|
return res
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C++"
|
|
|
|
|
|
```cpp title="array_queue.cpp"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue {
|
|
|
private:
|
|
|
int *nums; // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
int front; // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
int queSize; // 佇列長度
|
|
|
int queCapacity; // 佇列容量
|
|
|
|
|
|
public:
|
|
|
ArrayQueue(int capacity) {
|
|
|
// 初始化陣列
|
|
|
nums = new int[capacity];
|
|
|
queCapacity = capacity;
|
|
|
front = queSize = 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
~ArrayQueue() {
|
|
|
delete[] nums;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
int capacity() {
|
|
|
return queCapacity;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size() {
|
|
|
return queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool isEmpty() {
|
|
|
return size() == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
void push(int num) {
|
|
|
if (queSize == queCapacity) {
|
|
|
cout << "佇列已滿" << endl;
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
int rear = (front + queSize) % queCapacity;
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
nums[rear] = num;
|
|
|
queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
int pop() {
|
|
|
int num = peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
front = (front + 1) % queCapacity;
|
|
|
queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek() {
|
|
|
if (isEmpty())
|
|
|
throw out_of_range("佇列為空");
|
|
|
return nums[front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 將陣列轉化為 Vector 並返回 */
|
|
|
vector<int> toVector() {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
vector<int> arr(queSize);
|
|
|
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
|
|
|
arr[i] = nums[j % queCapacity];
|
|
|
}
|
|
|
return arr;
|
|
|
}
|
|
|
};
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Java"
|
|
|
|
|
|
```java title="array_queue.java"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue {
|
|
|
private int[] nums; // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
private int front; // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
private int queSize; // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
public ArrayQueue(int capacity) {
|
|
|
nums = new int[capacity];
|
|
|
front = queSize = 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
public int capacity() {
|
|
|
return nums.length;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
public int size() {
|
|
|
return queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
public boolean isEmpty() {
|
|
|
return queSize == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
public void push(int num) {
|
|
|
if (queSize == capacity()) {
|
|
|
System.out.println("佇列已滿");
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
int rear = (front + queSize) % capacity();
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
nums[rear] = num;
|
|
|
queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
public int pop() {
|
|
|
int num = peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
front = (front + 1) % capacity();
|
|
|
queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
public int peek() {
|
|
|
if (isEmpty())
|
|
|
throw new IndexOutOfBoundsException();
|
|
|
return nums[front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回陣列 */
|
|
|
public int[] toArray() {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
int[] res = new int[queSize];
|
|
|
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
|
|
|
res[i] = nums[j % capacity()];
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C#"
|
|
|
|
|
|
```csharp title="array_queue.cs"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue {
|
|
|
int[] nums; // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
int front; // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
int queSize; // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
public ArrayQueue(int capacity) {
|
|
|
nums = new int[capacity];
|
|
|
front = queSize = 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
int Capacity() {
|
|
|
return nums.Length;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
public int Size() {
|
|
|
return queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
public bool IsEmpty() {
|
|
|
return queSize == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
public void Push(int num) {
|
|
|
if (queSize == Capacity()) {
|
|
|
Console.WriteLine("佇列已滿");
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
int rear = (front + queSize) % Capacity();
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
nums[rear] = num;
|
|
|
queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
public int Pop() {
|
|
|
int num = Peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
front = (front + 1) % Capacity();
|
|
|
queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
public int Peek() {
|
|
|
if (IsEmpty())
|
|
|
throw new Exception();
|
|
|
return nums[front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回陣列 */
|
|
|
public int[] ToArray() {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
int[] res = new int[queSize];
|
|
|
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
|
|
|
res[i] = nums[j % this.Capacity()];
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Go"
|
|
|
|
|
|
```go title="array_queue.go"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
type arrayQueue struct {
|
|
|
nums []int // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
front int // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
queSize int // 佇列長度
|
|
|
queCapacity int // 佇列容量（即最大容納元素數量）
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 初始化佇列 */
|
|
|
func newArrayQueue(queCapacity int) *arrayQueue {
|
|
|
return &arrayQueue{
|
|
|
nums: make([]int, queCapacity),
|
|
|
queCapacity: queCapacity,
|
|
|
front: 0,
|
|
|
queSize: 0,
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
func (q *arrayQueue) size() int {
|
|
|
return q.queSize
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
func (q *arrayQueue) isEmpty() bool {
|
|
|
return q.queSize == 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
func (q *arrayQueue) push(num int) {
|
|
|
// 當 rear == queCapacity 表示佇列已滿
|
|
|
if q.queSize == q.queCapacity {
|
|
|
return
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
rear := (q.front + q.queSize) % q.queCapacity
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
q.nums[rear] = num
|
|
|
q.queSize++
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
func (q *arrayQueue) pop() any {
|
|
|
num := q.peek()
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
q.front = (q.front + 1) % q.queCapacity
|
|
|
q.queSize--
|
|
|
return num
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
func (q *arrayQueue) peek() any {
|
|
|
if q.isEmpty() {
|
|
|
return nil
|
|
|
}
|
|
|
return q.nums[q.front]
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取 Slice 用於列印 */
|
|
|
func (q *arrayQueue) toSlice() []int {
|
|
|
rear := (q.front + q.queSize)
|
|
|
if rear >= q.queCapacity {
|
|
|
rear %= q.queCapacity
|
|
|
return append(q.nums[q.front:], q.nums[:rear]...)
|
|
|
}
|
|
|
return q.nums[q.front:rear]
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Swift"
|
|
|
|
|
|
```swift title="array_queue.swift"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue {
|
|
|
private var nums: [Int] // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
private var front: Int // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
private var _size: Int // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
init(capacity: Int) {
|
|
|
// 初始化陣列
|
|
|
nums = Array(repeating: 0, count: capacity)
|
|
|
front = 0
|
|
|
_size = 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
func capacity() -> Int {
|
|
|
nums.count
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
func size() -> Int {
|
|
|
_size
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
func isEmpty() -> Bool {
|
|
|
size() == 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
func push(num: Int) {
|
|
|
if size() == capacity() {
|
|
|
print("佇列已滿")
|
|
|
return
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
let rear = (front + size()) % capacity()
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
nums[rear] = num
|
|
|
_size += 1
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
@discardableResult
|
|
|
func pop() -> Int {
|
|
|
let num = peek()
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
front = (front + 1) % capacity()
|
|
|
_size -= 1
|
|
|
return num
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
func peek() -> Int {
|
|
|
if isEmpty() {
|
|
|
fatalError("佇列為空")
|
|
|
}
|
|
|
return nums[front]
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回陣列 */
|
|
|
func toArray() -> [Int] {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
(front ..< front + size()).map { nums[$0 % capacity()] }
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "JS"
|
|
|
|
|
|
```javascript title="array_queue.js"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue {
|
|
|
#nums; // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
#front = 0; // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
#queSize = 0; // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
constructor(capacity) {
|
|
|
this.#nums = new Array(capacity);
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
get capacity() {
|
|
|
return this.#nums.length;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
get size() {
|
|
|
return this.#queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
isEmpty() {
|
|
|
return this.#queSize === 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
push(num) {
|
|
|
if (this.size === this.capacity) {
|
|
|
console.log('佇列已滿');
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
const rear = (this.#front + this.size) % this.capacity;
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
this.#nums[rear] = num;
|
|
|
this.#queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
pop() {
|
|
|
const num = this.peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
this.#front = (this.#front + 1) % this.capacity;
|
|
|
this.#queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
peek() {
|
|
|
if (this.isEmpty()) throw new Error('佇列為空');
|
|
|
return this.#nums[this.#front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回 Array */
|
|
|
toArray() {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
const arr = new Array(this.size);
|
|
|
for (let i = 0, j = this.#front; i < this.size; i++, j++) {
|
|
|
arr[i] = this.#nums[j % this.capacity];
|
|
|
}
|
|
|
return arr;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "TS"
|
|
|
|
|
|
```typescript title="array_queue.ts"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue {
|
|
|
private nums: number[]; // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
private front: number; // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
private queSize: number; // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
constructor(capacity: number) {
|
|
|
this.nums = new Array(capacity);
|
|
|
this.front = this.queSize = 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
get capacity(): number {
|
|
|
return this.nums.length;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
get size(): number {
|
|
|
return this.queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
isEmpty(): boolean {
|
|
|
return this.queSize === 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
push(num: number): void {
|
|
|
if (this.size === this.capacity) {
|
|
|
console.log('佇列已滿');
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
const rear = (this.front + this.queSize) % this.capacity;
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
this.nums[rear] = num;
|
|
|
this.queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
pop(): number {
|
|
|
const num = this.peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
this.front = (this.front + 1) % this.capacity;
|
|
|
this.queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
peek(): number {
|
|
|
if (this.isEmpty()) throw new Error('佇列為空');
|
|
|
return this.nums[this.front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回 Array */
|
|
|
toArray(): number[] {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
const arr = new Array(this.size);
|
|
|
for (let i = 0, j = this.front; i < this.size; i++, j++) {
|
|
|
arr[i] = this.nums[j % this.capacity];
|
|
|
}
|
|
|
return arr;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Dart"
|
|
|
|
|
|
```dart title="array_queue.dart"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue {
|
|
|
late List<int> _nums; // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
late int _front; // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
late int _queSize; // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
ArrayQueue(int capacity) {
|
|
|
_nums = List.filled(capacity, 0);
|
|
|
_front = _queSize = 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
int capaCity() {
|
|
|
return _nums.length;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size() {
|
|
|
return _queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool isEmpty() {
|
|
|
return _queSize == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
void push(int _num) {
|
|
|
if (_queSize == capaCity()) {
|
|
|
throw Exception("佇列已滿");
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
int rear = (_front + _queSize) % capaCity();
|
|
|
// 將 _num 新增至佇列尾
|
|
|
_nums[rear] = _num;
|
|
|
_queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
int pop() {
|
|
|
int _num = peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
_front = (_front + 1) % capaCity();
|
|
|
_queSize--;
|
|
|
return _num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek() {
|
|
|
if (isEmpty()) {
|
|
|
throw Exception("佇列為空");
|
|
|
}
|
|
|
return _nums[_front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回 Array */
|
|
|
List<int> toArray() {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
final List<int> res = List.filled(_queSize, 0);
|
|
|
for (int i = 0, j = _front; i < _queSize; i++, j++) {
|
|
|
res[i] = _nums[j % capaCity()];
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Rust"
|
|
|
|
|
|
```rust title="array_queue.rs"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
struct ArrayQueue {
|
|
|
nums: Vec<i32>, // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
front: i32, // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
que_size: i32, // 佇列長度
|
|
|
que_capacity: i32, // 佇列容量
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
impl ArrayQueue {
|
|
|
/* 建構子 */
|
|
|
fn new(capacity: i32) -> ArrayQueue {
|
|
|
ArrayQueue {
|
|
|
nums: vec![0; capacity as usize],
|
|
|
front: 0,
|
|
|
que_size: 0,
|
|
|
que_capacity: capacity,
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
fn capacity(&self) -> i32 {
|
|
|
self.que_capacity
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
fn size(&self) -> i32 {
|
|
|
self.que_size
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
fn is_empty(&self) -> bool {
|
|
|
self.que_size == 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
fn push(&mut self, num: i32) {
|
|
|
if self.que_size == self.capacity() {
|
|
|
println!("佇列已滿");
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
let rear = (self.front + self.que_size) % self.que_capacity;
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
self.nums[rear as usize] = num;
|
|
|
self.que_size += 1;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
fn pop(&mut self) -> i32 {
|
|
|
let num = self.peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
self.front = (self.front + 1) % self.que_capacity;
|
|
|
self.que_size -= 1;
|
|
|
num
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
fn peek(&self) -> i32 {
|
|
|
if self.is_empty() {
|
|
|
panic!("index out of bounds");
|
|
|
}
|
|
|
self.nums[self.front as usize]
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回陣列 */
|
|
|
fn to_vector(&self) -> Vec<i32> {
|
|
|
let cap = self.que_capacity;
|
|
|
let mut j = self.front;
|
|
|
let mut arr = vec![0; self.que_size as usize];
|
|
|
for i in 0..self.que_size {
|
|
|
arr[i as usize] = self.nums[(j % cap) as usize];
|
|
|
j += 1;
|
|
|
}
|
|
|
arr
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "C"
|
|
|
|
|
|
```c title="array_queue.c"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
typedef struct {
|
|
|
int *nums; // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
int front; // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
int queSize; // 尾指標，指向佇列尾 + 1
|
|
|
int queCapacity; // 佇列容量
|
|
|
} ArrayQueue;
|
|
|
|
|
|
/* 建構子 */
|
|
|
ArrayQueue *newArrayQueue(int capacity) {
|
|
|
ArrayQueue *queue = (ArrayQueue *)malloc(sizeof(ArrayQueue));
|
|
|
// 初始化陣列
|
|
|
queue->queCapacity = capacity;
|
|
|
queue->nums = (int *)malloc(sizeof(int) * queue->queCapacity);
|
|
|
queue->front = queue->queSize = 0;
|
|
|
return queue;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 析構函式 */
|
|
|
void delArrayQueue(ArrayQueue *queue) {
|
|
|
free(queue->nums);
|
|
|
free(queue);
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
int capacity(ArrayQueue *queue) {
|
|
|
return queue->queCapacity;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
int size(ArrayQueue *queue) {
|
|
|
return queue->queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
bool empty(ArrayQueue *queue) {
|
|
|
return queue->queSize == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
int peek(ArrayQueue *queue) {
|
|
|
assert(size(queue) != 0);
|
|
|
return queue->nums[queue->front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
void push(ArrayQueue *queue, int num) {
|
|
|
if (size(queue) == capacity(queue)) {
|
|
|
printf("佇列已滿\r\n");
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
int rear = (queue->front + queue->queSize) % queue->queCapacity;
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
queue->nums[rear] = num;
|
|
|
queue->queSize++;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
int pop(ArrayQueue *queue) {
|
|
|
int num = peek(queue);
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
queue->front = (queue->front + 1) % queue->queCapacity;
|
|
|
queue->queSize--;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Kotlin"
|
|
|
|
|
|
```kotlin title="array_queue.kt"
|
|
|
/* 基於環形陣列實現的佇列 */
|
|
|
class ArrayQueue(capacity: Int) {
|
|
|
private val nums: IntArray = IntArray(capacity) // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
private var front: Int = 0 // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
private var queSize: Int = 0 // 佇列長度
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的容量 */
|
|
|
fun capacity(): Int {
|
|
|
return nums.size
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 獲取佇列的長度 */
|
|
|
fun size(): Int {
|
|
|
return queSize
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 判斷佇列是否為空 */
|
|
|
fun isEmpty(): Boolean {
|
|
|
return queSize == 0
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 入列 */
|
|
|
fun push(num: Int) {
|
|
|
if (queSize == capacity()) {
|
|
|
println("佇列已滿")
|
|
|
return
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
val rear = (front + queSize) % capacity()
|
|
|
// 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
nums[rear] = num
|
|
|
queSize++
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 出列 */
|
|
|
fun pop(): Int {
|
|
|
val num = peek()
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
front = (front + 1) % capacity()
|
|
|
queSize--
|
|
|
return num
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 訪問佇列首元素 */
|
|
|
fun peek(): Int {
|
|
|
if (isEmpty()) throw IndexOutOfBoundsException()
|
|
|
return nums[front]
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
/* 返回陣列 */
|
|
|
fun toArray(): IntArray {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
val res = IntArray(queSize)
|
|
|
var i = 0
|
|
|
var j = front
|
|
|
while (i < queSize) {
|
|
|
res[i] = nums[j % capacity()]
|
|
|
i++
|
|
|
j++
|
|
|
}
|
|
|
return res
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Ruby"
|
|
|
|
|
|
```ruby title="array_queue.rb"
|
|
|
### 基於環形陣列實現的佇列 ###
|
|
|
class ArrayQueue
|
|
|
### 獲取佇列的長度 ###
|
|
|
attr_reader :size
|
|
|
|
|
|
### 建構子 ###
|
|
|
def initialize(size)
|
|
|
@nums = Array.new(size, 0) # 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
@front = 0 # 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
@size = 0 # 佇列長度
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 獲取佇列的容量 ###
|
|
|
def capacity
|
|
|
@nums.length
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 判斷佇列是否為空 ###
|
|
|
def is_empty?
|
|
|
size.zero?
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 入列 ###
|
|
|
def push(num)
|
|
|
raise IndexError, '佇列已滿' if size == capacity
|
|
|
|
|
|
# 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
# 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
rear = (@front + size) % capacity
|
|
|
# 將 num 新增至佇列尾
|
|
|
@nums[rear] = num
|
|
|
@size += 1
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 出列 ###
|
|
|
def pop
|
|
|
num = peek
|
|
|
# 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
@front = (@front + 1) % capacity
|
|
|
@size -= 1
|
|
|
num
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 訪問佇列首元素 ###
|
|
|
def peek
|
|
|
raise IndexError, '佇列為空' if is_empty?
|
|
|
|
|
|
@nums[@front]
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
### 返回串列用於列印 ###
|
|
|
def to_array
|
|
|
res = Array.new(size, 0)
|
|
|
j = @front
|
|
|
|
|
|
for i in 0...size
|
|
|
res[i] = @nums[j % capacity]
|
|
|
j += 1
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
res
|
|
|
end
|
|
|
end
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
=== "Zig"
|
|
|
|
|
|
```zig title="array_queue.zig"
|
|
|
// 基於環形陣列實現的佇列
|
|
|
fn ArrayQueue(comptime T: type) type {
|
|
|
return struct {
|
|
|
const Self = @This();
|
|
|
|
|
|
nums: []T = undefined, // 用於儲存佇列元素的陣列
|
|
|
cap: usize = 0, // 佇列容量
|
|
|
front: usize = 0, // 佇列首指標，指向佇列首元素
|
|
|
queSize: usize = 0, // 尾指標，指向佇列尾 + 1
|
|
|
mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null,
|
|
|
mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined, // 記憶體分配器
|
|
|
|
|
|
// 建構子（分配記憶體+初始化陣列）
|
|
|
pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator, cap: usize) !void {
|
|
|
if (self.mem_arena == null) {
|
|
|
self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator);
|
|
|
self.mem_allocator = self.mem_arena.?.allocator();
|
|
|
}
|
|
|
self.cap = cap;
|
|
|
self.nums = try self.mem_allocator.alloc(T, self.cap);
|
|
|
@memset(self.nums, @as(T, 0));
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 析構函式（釋放記憶體）
|
|
|
pub fn deinit(self: *Self) void {
|
|
|
if (self.mem_arena == null) return;
|
|
|
self.mem_arena.?.deinit();
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 獲取佇列的容量
|
|
|
pub fn capacity(self: *Self) usize {
|
|
|
return self.cap;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 獲取佇列的長度
|
|
|
pub fn size(self: *Self) usize {
|
|
|
return self.queSize;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 判斷佇列是否為空
|
|
|
pub fn isEmpty(self: *Self) bool {
|
|
|
return self.queSize == 0;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 入列
|
|
|
pub fn push(self: *Self, num: T) !void {
|
|
|
if (self.size() == self.capacity()) {
|
|
|
std.debug.print("佇列已滿\n", .{});
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
// 計算佇列尾指標，指向佇列尾索引 + 1
|
|
|
// 透過取餘操作實現 rear 越過陣列尾部後回到頭部
|
|
|
var rear = (self.front + self.queSize) % self.capacity();
|
|
|
// 在尾節點後新增 num
|
|
|
self.nums[rear] = num;
|
|
|
self.queSize += 1;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 出列
|
|
|
pub fn pop(self: *Self) T {
|
|
|
var num = self.peek();
|
|
|
// 佇列首指標向後移動一位，若越過尾部，則返回到陣列頭部
|
|
|
self.front = (self.front + 1) % self.capacity();
|
|
|
self.queSize -= 1;
|
|
|
return num;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 訪問佇列首元素
|
|
|
pub fn peek(self: *Self) T {
|
|
|
if (self.isEmpty()) @panic("佇列為空");
|
|
|
return self.nums[self.front];
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
// 返回陣列
|
|
|
pub fn toArray(self: *Self) ![]T {
|
|
|
// 僅轉換有效長度範圍內的串列元素
|
|
|
var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size());
|
|
|
@memset(res, @as(T, 0));
|
|
|
var i: usize = 0;
|
|
|
var j: usize = self.front;
|
|
|
while (i < self.size()) : ({ i += 1; j += 1; }) {
|
|
|
res[i] = self.nums[j % self.capacity()];
|
|
|
}
|
|
|
return res;
|
|
|
}
|
|
|
};
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
??? pythontutor "視覺化執行"
|
|
|
|
|
|
<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ArrayQueue%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E6%96%BC%E7%92%B0%E5%BD%A2%E9%99%A3%E5%88%97%E5%AF%A6%E7%8F%BE%E7%9A%84%E4%BD%87%E5%88%97%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%2C%20size%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%BB%BA%E6%A7%8B%E5%AD%90%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._nums%3A%20list%5Bint%5D%20%3D%20%5B0%5D%20%2A%20size%20%20%23%20%E7%94%A8%E6%96%BC%E5%84%B2%E5%AD%98%E4%BD%87%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%E7%9A%84%E9%99%A3%E5%88%97%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%3A%20int%20%3D%200%20%20%23%20%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E6%8C%87%E6%A8%99%EF%BC%8C%E6%8C%87%E5%90%91%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%3A%20int%20%3D%200%20%20%23%20%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%0A%20%20%20%20def%20capacity%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E5%AE%B9%E9%87%8F%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20len%28self._nums%29%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%20%3D%3D%200%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self%2C%20num%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self._size%20%3D%3D%20self.capacity%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B7%B2%E6%BB%BF%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E8%A8%88%E7%AE%97%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B0%BE%E6%8C%87%E6%A8%99%EF%BC%8C%E6%8C%87%E5%90%91%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B0%BE%E7%B4%A2%E5%BC%95%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E9%80%8F%E9%81%8E%E5%8F%96%E9%A4%98%E6%93%8D%E4%BD%9C%E5%AF%A6%E7%8F%BE%20rear%20%E8%B6%8A%E9%81%8E%E9%99%A3%E5%88%97%E5%B0%BE%E9%83%A8%E5%BE%8C%E5%9B%9E%E5%88%B0%E9%A0%AD%E9%83%A8%0A%20%20%20%20%20%20%20%20rear%3A%20int%20%3D%20%28self._front%20%2B%20self._size%29%20%25%20self.capacity%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%B0%87%20num%20%E6%96%B0%E5%A2%9E%E8%87%B3%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B0%BE%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._nums%5Brear%5D%20%3D%20num%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20%2B%3D%201%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20num%3A%20int%20%3D%20self.peek%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E6%8C%87%E6%A8%99%E5%90%91%E5%BE%8C%E7%A7%BB%E5%8B%95%E4%B8%80%E4%BD%8D%EF%BC%8C%E8%8B%A5%E8%B6%8A%E9%81%8E%E5%B0%BE%E9%83%A8%EF%BC%8C%E5%89%87%E8%BF%94%E5%9B%9E%E5%88%B0%E9%99%A3%E5%88%97%E9%A0%AD%E9%83%A8%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%20%3D%20%28self._front%20%2B%201%29%20%25%20self.capacity%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20-%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20num%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._nums%5Bself._front%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BF%94%E5%9B%9E%E4%B8%B2%E5%88%97%E7%94%A8%E6%96%BC%E5%88%97%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20res%20%3D%20%5B0%5D%20%2A%20self.size%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20j%3A%20int%20%3D%20self._front%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28self.size%28%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20res%5Bi%5D%20%3D%20self._nums%5B%28j%20%25%20self.capacity%28%29%29%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20j%20%2B%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20res%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%BD%87%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue%20%3D%20ArrayQueue%2810%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue.push%281%29%0A%20%20%20%20queue.push%283%29%0A%20%20%20%20queue.push%282%29%0A%20%20%20%20queue.push%285%29%0A%20%20%20%20queue.push%284%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20queue.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22%2C%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E5%88%97%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20queue.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22%2C%20pop%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20queue.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%20size%20%3D%22%2C%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20queue.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%20%3D%22%2C%20is_empty%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
|
|
|
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ArrayQueue%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9F%BA%E6%96%BC%E7%92%B0%E5%BD%A2%E9%99%A3%E5%88%97%E5%AF%A6%E7%8F%BE%E7%9A%84%E4%BD%87%E5%88%97%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%2C%20size%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%BB%BA%E6%A7%8B%E5%AD%90%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._nums%3A%20list%5Bint%5D%20%3D%20%5B0%5D%20%2A%20size%20%20%23%20%E7%94%A8%E6%96%BC%E5%84%B2%E5%AD%98%E4%BD%87%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%E7%9A%84%E9%99%A3%E5%88%97%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%3A%20int%20%3D%200%20%20%23%20%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E6%8C%87%E6%A8%99%EF%BC%8C%E6%8C%87%E5%90%91%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%3A%20int%20%3D%200%20%20%23%20%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%0A%20%20%20%20def%20capacity%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E5%AE%B9%E9%87%8F%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20len%28self._nums%29%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%20%3D%3D%200%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self%2C%20num%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%85%A5%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self._size%20%3D%3D%20self.capacity%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B7%B2%E6%BB%BF%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E8%A8%88%E7%AE%97%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B0%BE%E6%8C%87%E6%A8%99%EF%BC%8C%E6%8C%87%E5%90%91%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B0%BE%E7%B4%A2%E5%BC%95%20%2B%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E9%80%8F%E9%81%8E%E5%8F%96%E9%A4%98%E6%93%8D%E4%BD%9C%E5%AF%A6%E7%8F%BE%20rear%20%E8%B6%8A%E9%81%8E%E9%99%A3%E5%88%97%E5%B0%BE%E9%83%A8%E5%BE%8C%E5%9B%9E%E5%88%B0%E9%A0%AD%E9%83%A8%0A%20%20%20%20%20%20%20%20rear%3A%20int%20%3D%20%28self._front%20%2B%20self._size%29%20%25%20self.capacity%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E5%B0%87%20num%20%E6%96%B0%E5%A2%9E%E8%87%B3%E4%BD%87%E5%88%97%E5%B0%BE%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._nums%5Brear%5D%20%3D%20num%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20%2B%3D%201%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E5%87%BA%E5%88%97%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20num%3A%20int%20%3D%20self.peek%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E6%8C%87%E6%A8%99%E5%90%91%E5%BE%8C%E7%A7%BB%E5%8B%95%E4%B8%80%E4%BD%8D%EF%BC%8C%E8%8B%A5%E8%B6%8A%E9%81%8E%E5%B0%BE%E9%83%A8%EF%BC%8C%E5%89%87%E8%BF%94%E5%9B%9E%E5%88%B0%E9%99%A3%E5%88%97%E9%A0%AD%E9%83%A8%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._front%20%3D%20%28self._front%20%2B%201%29%20%25%20self.capacity%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20-%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20num%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E7%82%BA%E7%A9%BA%22%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._nums%5Bself._front%5D%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%E8%BF%94%E5%9B%9E%E4%B8%B2%E5%88%97%E7%94%A8%E6%96%BC%E5%88%97%E5%8D%B0%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20res%20%3D%20%5B0%5D%20%2A%20self.size%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20j%3A%20int%20%3D%20self._front%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28self.size%28%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20res%5Bi%5D%20%3D%20self._nums%5B%28j%20%25%20self.capacity%28%29%29%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20j%20%2B%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20res%0A%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%BD%87%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue%20%3D%20ArrayQueue%2810%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%85%A5%E5%88%97%0A%20%20%20%20queue.push%281%29%0A%20%20%20%20queue.push%283%29%0A%20%20%20%20queue.push%282%29%0A%20%20%20%20queue.push%285%29%0A%20%20%20%20queue.push%284%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E8%A8%AA%E5%95%8F%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20queue.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%A6%96%E5%85%83%E7%B4%A0%20peek%20%3D%22%2C%20peek%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%87%BA%E5%88%97%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20queue.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%87%BA%E5%88%97%E5%85%83%E7%B4%A0%20pop%20%3D%22%2C%20pop%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E7%8D%B2%E5%8F%96%E4%BD%87%E5%88%97%E7%9A%84%E9%95%B7%E5%BA%A6%0A%20%20%20%20size%20%3D%20queue.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E9%95%B7%E5%BA%A6%20size%20%3D%22%2C%20size%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A4%E6%96%B7%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20queue.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E4%BD%87%E5%88%97%E6%98%AF%E5%90%A6%E7%82%BA%E7%A9%BA%20%3D%22%2C%20is_empty%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=3&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全螢幕觀看 ></a></div>
|
|
|
|
|
|
以上實現的佇列仍然具有侷限性：其長度不可變。然而，這個問題不難解決，我們可以將陣列替換為動態陣列，從而引入擴容機制。有興趣的讀者可以嘗試自行實現。
|
|
|
|
|
|
兩種實現的對比結論與堆疊一致，在此不再贅述。
|
|
|
|
|
|
## 5.2.3 佇列典型應用
|
|
|
|
|
|
- **淘寶訂單**。購物者下單後，訂單將加入列列中，系統隨後會根據順序處理佇列中的訂單。在雙十一期間，短時間內會產生海量訂單，高併發成為工程師們需要重點攻克的問題。
|
|
|
- **各類待辦事項**。任何需要實現“先來後到”功能的場景，例如印表機的任務佇列、餐廳的出餐佇列等，佇列在這些場景中可以有效地維護處理順序。
|
