数据结构 (10)队列

前言

      队列是一种特殊的数据结构,它遵循先进先出(FIFO,First In First Out)的原则。

一、定义与基本概念

  1. 定义:队列是一种只允许在一端(队尾)进行插入操作,而在另一端(队头)进行删除操作的线性表。

  2. 基本概念

    • 队头(Front):允许删除的一端,又称队首。
    • 队尾(Rear):允许插入的一端。
    • 空队列:不包含任何元素的队列。
    • 入队:将元素添加到队尾的操作。
    • 出队:从队头移除元素并返回该元素的操作。

二、存储结构

     队列可以根据存储方式的不同,分为以下两种类型:

  1. 顺序队列

    • 所有队列元素都存储在连续的地址空间中,因此可以通过数组来实现。
    • 顺序队列的容量是固定的,不易扩容,可能导致空间浪费,同时需要注意元素溢出等问题。
  2. 链式队列

    • 采用链式方式存储,可以通过链表实现。
    • 链式队列可以做到无限扩容,提高了内存利用率。

三、特殊队列类型

     除了基本的顺序队列和链式队列外,还有多种特殊类型的队列,如:

  1. 阻塞队列:当队列为空时,会阻塞出队操作;当队列满时,会阻塞入队操作。
  2. 优先队列:队列中每个元素都有一个优先级别属性,元素的出队操作取决于这个优先级别属性,即优先级别高的元素会优先出队。
  3. 延迟队列:队列中每个元素都标记一个时间记录,元素只有在指定的延时时间后才会触发出队操作。
  4. 循环队列:使用数组实现队列时,通过把队头和队尾相连接,即当队尾到达数组的尾端时可以“绕回”数组的开头,以提高数组空间利用率。
  5. 双端队列:两端都可以进行入队和出队操作的数据结构。

四、基本操作与实现

  1. 初始化队列:创建一个空队列。
  2. 入队操作:将元素添加到队尾。
  3. 出队操作:从队头移除元素并返回该元素。
  4. 获取队头元素:查看队头元素但不移除它。
  5. 检查队列是否为空:判断队列是否包含元素。
  6. 获取队列长度:返回队列中当前元素的数量。

五、应用场景

  1. 任务调度:在操作系统中,队列用于管理任务的执行顺序。
  2. 数据缓冲:在生产者-消费者模型中,队列用于存储生产者生成的数据,以便消费者按顺序处理。
  3. 广度优先搜索(BFS):在图论算法中,队列用于实现广度优先搜索。
  4. 网络请求处理:在服务器中,队列用于管理请求的处理顺序。
  5. 消息队列:在消息系统中,消息发送者将消息添加到队列的尾部,而消息接收者从队列的头部获取消息进行处理。这种方式可以实现消息的异步处理,提高系统的并发能力。

 结语   

往往是最后一刻的努力

才铸就了辉煌

!!!

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