Question

当前的Go库不提供队列容器。为了实现一个简单的队列，我使用circle数组作为底层数据结构。它遵循TAOCP中提到的算法：

Insert Y into queue X: X[R]<-Y; R<-(R+1)%M; if R=F then OVERFLOW.
Delete Y from queue X: if F=R then UNDERFLOW; Y<-X[F]; F<-(F+1) % M.
F: Front, R: Rear, M: Array length.

以下是代码：

package main

import (
    "fmt"
)

type Queue struct {
    len        int 
    head, tail int 
    q          []int
}

func New(n int) *Queue {
    return &Queue{n, 0, 0, make([]int, n)} 
}

func (p *Queue) Enqueue(x int) bool {
    p.q[p.tail] = x 
    p.tail = (p.tail + 1) % p.len
    return p.head != p.tail
}

func (p *Queue) Dequeue() (int, bool) {
    if p.head == p.tail {
        return 0, false
    }   
    x := p.q[p.head]
    p.head = (p.head + 1) % p.len
    return x, true
}

func main() {
    q := New(10)
    for i := 1; i < 13; i++ {
        fmt.Println(i, q.Enqueue(i))
    }   
    fmt.Println()
    for i := 1; i < 13; i++ {
        fmt.Println(q.Dequeue())
    }   
}

但输出显然是错误的：

1是的 2真的 3真的 4真实 5真的 6真的 7真的 8真实 9真的 10假 11真的 12真的

11真的 12真的 0假 0假 0假 0假 0假 0假 0假 0假 0假 0假

我想我还需要一个字段来使代码正常工作。你有什么建议？

改进的代码有一个小缺点：大小为n的数组只能包含n-1个元素。

package main

import (
    "fmt"
)

type Queue struct {
    len        int 
    head, tail int 
    q          []int
}

func New(n int) *Queue {
    return &Queue{n, 0, 0, make([]int, n)} 
}

func (p *Queue) Enqueue(x int) bool {
    p.q[p.tail] = x 
    ntail := (p.tail + 1) % p.len
    ok := false
    if ntail != p.head {
        p.tail = ntail
        ok = true
    }   
    return ok
}

func (p *Queue) Dequeue() (int, bool) {
    if p.head == p.tail {
        return 0, false
    }   
    x := p.q[p.head]
    p.head = (p.head + 1) % p.len
    return x, true
}

func main() {
    q := New(10)
    for i := 1; i < 13; i++ {
        fmt.Println(i, q.Enqueue(i))
    }   
    fmt.Println()
    for i := 1; i < 13; i++ {
        fmt.Println(q.Dequeue())
    }   
}

Answer 1

在任何合理的版本中都不需要所有这些喧嚣（在1.x之后）。使用slices可以实现一切。

queue := []int{}

添加到队列：

queue = append(queue, 6)

从队列中弹出：

el := queue[0]
queue = queue[1:]

这是一个实现，表明pop不会花费很多时间（事实上这里它比push更短，因为我认为在队列增长时重新分配内存）。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    n := 10000000
    queue := []int{1, 2, 3}

    start := time.Now()
    for i := 0; i < n; i++ {
        queue = append(queue, i)
    }
    elapsed := time.Since(start)
    fmt.Println(elapsed)

    start = time.Now()
    for i := 0; i < n; i++ {
        _ = queue[0]
        queue = queue[1:]
    }
    elapsed = time.Since(start)
    fmt.Println(elapsed)
    fmt.Println(queue)
}

在我的机器上，数字是：

216.611664ms
13.441106ms

来自 @DaveC 的评论：

这很简单，对于除关键代码之外的所有内容都非常有效分配（对垃圾收集器施加压力）的地方不好意思。要注意两件事，首先要确保重新分配推送时的底层数组（虽然有效而不是每次调用）直到发生这种情况，pop才会释放任何空间。这导致了第二件事，如果（通常）队列包含指向什么，然后排队[0] =零; queue = queue [1：] to 让队列立即停止引用指针。

Answer 2

确实没有名为queue的包，但vector或list都可以排队。另请参阅this question。

Answer 3

当Enqueue失败时，您仍然递增p.tail，因此下次看起来不会失败 - 这解释了单false个你的第一个循环（并为第二个循环弄乱一切）。最初的算法说OVERFLOW意思是“放弃一切”，而不是“只是继续前进，好像没有发生任何不幸事件”; - ）。

如果您已检查发生了故障，则需要做的就是递减p.tail - 或者将递增的值放在本地临时值中，只有在失败的情况下才将其移至p.tail 不发生，可能更优雅。这样，失败的Enqueue使不将新值排入队列，但队列本身（没有溢出值）仍然在语义上完整无缺，并且对于将来的操作是正确的。

Answer 4

缓冲通道构成一个精细队列，尽管它在创建时选择了固定的最大队列长度。一个通道有一个有用的属性，它出列是线程安全的（你的代码不是）。

Answer 5

我修改原始实现以创建动态队列。即当队列填满时，它将分配一个更大的队列并移动所有项目。

package main

import (
    "fmt"
)

type Queue struct {
    len        uint
    head, tail uint
    q          []int
}

func NextPowerOfTwo(v uint) uint {
    if v == 0 {
        return 1
    }
    v--
    v |= v >> 1
    v |= v >> 2
    v |= v >> 4
    v |= v >> 8
    v |= v >> 16
    v++
    return v
}

func NewQueue(n uint) *Queue {
    n = NextPowerOfTwo(n)
    if n < 4 {
        n = 4
    }
    println("create queue of", n)
    return &Queue{n, 0, 0, make([]int, n)}
}

func (p *Queue) Resize() {
    if p.head == (p.tail + 1) % p.len {
        new_len := p.len * 2;
        new_q := make([]int, new_len)
        // currently there are (len - 1) items in the queue
        var i uint
        for i = 0; i < p.len - 1; i++ {
            n, _ := p.Dequeue()
            new_q[i] = n
        }
        p.q = new_q
        p.head, p.tail = 0, p.len - 1
        p.len = new_len
        println("queue resized to ", p.len)
    }
}

func (p *Queue) Enqueue(x int) {
    p.Resize();
    p.q[p.tail] = x
    p.tail = (p.tail + 1) % p.len
}

func (p *Queue) Dequeue() (int, bool) {
    if p.head == p.tail {
        return -1, false
    }
    x := p.q[p.head]
    p.head = (p.head + 1) % p.len
    return x, true
}

func main() {
    q := NewQueue(1)
    for i := 1; i < 13; i++ {
        q.Enqueue(2 * i + 1)
        println("enqueued item ", i)
    }
    println("** queue content **")
    for i := 1; i < 13 + 1; i++ {
        fmt.Println(q.Dequeue())
    }
}

如何在Go中实现队列？

5 个答案: