Опашка (абстрактен тип данни)
Опашката (на английски: Queue) в програмирането е вид абстрактна структура от данни и е представител на абстрактните типове данни (АТД). Опашките спадат към линейните (списъчни) структури от данни, заедно със списъците и стековете. Опашката представлява крайно, линейно множество от елементи, при което елементи се добавят само най-отзад (enqueue) и се извличат само най-отпред (dequeue). Абстрактната структура опашка изпълнява условието „първият влязъл първи излиза“ (FIFO: First-In-First-Out). Това означава, че след като е добавен един елемент в края на опашката, той ще може да бъде извлечен (премахнат) единствено след като бъдат премахнати всички елементи преди него в реда, в който са добавени.
Структурата опашка и поведението на нейните елементи произхождат от ежедневната човешка дейност. Например опашка от хора, чакащи на каса за билети. Опашката има начало и край. Новодошлите хора застават последни на опашката и изчакват докато постепенно се придвижат към началото. Когато стигнат до самото начало на опашката си купуват билет и напускат опашката. Други примери за опашка са документи, чакащи да бъдат отпечатани или ескалатор превозващ хора. По този начин опашката изпълнява функцията на буфер.
Статична реализация
[редактиране | редактиране на кода]
Статичната опашка се реализира с помощта на масив. В даден момент началото и краят на опашката сочат към определени индекси от масива. Когато се добавя нов елемент той се поставя на индекса след края на опашката и краят вече сочи към новия елемент. Когато се премахва началото на опашката, елементът на началния индекс се изтрива и началото започва да сочи към следващия индекс. По този начин с добавяне и извличане на елементи от опашката тя се движи към края на масива. В даден момент краят на опашката достига до последния индекс на масива и се оказва, че размерът на масива не е достатъчен въпреки че опашката не запълва всичките му елементи. За да се реши този проблем при следващото добавяне на елемент в края на опашката, той се поставя на началния индекс на масива. По този начин се свързват началото и края на масива, и опашката може да обикаля безкрайно в него. В началото индексите за начало и край сочат нулевия елемент. В процеса, ако отново се окажат равни това може да означава две неща:
- - ако равенството се е получило след премахване на елемент, опашката е останала празна.
- - ако равенството се е получило след добавяне на елемент, то опашката е препълнена.
В този случай дължината на опашката (броя на елементите в нея)е станала равна на предварително заделения брой на елементи и в масива няма да могат да бъдат добавяни нови елементи. Това налага копиране на опашката в нов масив с по-голям размер.
Динамична реализация
[редактиране | редактиране на кода]
При динамичната реализация на опашката елементите не се намират в последователни адреси на паметта, както е при реализацията с масиви. При динамичните структури всеки елемент от опашката съдържа две части – обект и указател към следващия елемент. По този начин се образува свързан списък. Известен е адресът на първия елемент в опашката, а адресите на всички останали елементи не са достъпни директно. Достъпът до тях се осъществява като се премине през указателите на всички предшестващи елементи. Последния елемент в опашката има указател, който не сочи към друг елемент, докато не се добави нов елемент накрая. Тогава указателят на елемента, който е бил последен започва да сочи към новия елемент. Указателят на новия елемент не сочи към елемент, докато не бъде добавен нов елемент и т.н. В началото на опашката е елементът, който вече може да бъде извлечен. Към този елемент няма насочен указател.
Съществува и вариант, при който указателите на елементите сочат и към предишния, и към следващия елемент на опашката(когато съществуват такива). Тогава списъкът е двойно свързан (или двусвързан). Така опашката може при нужда да бъде обхождана и в двете посоки.
Допустими операции с опашки
[редактиране | редактиране на кода]- Създаване на празна опашка – опашка която не съдържа елементи.
- Проверка дали опашката е празна
- Добавяне на елемент – само след края на опашката.
- Отстраняване на елемент – само от началото (ако опашката не е празна).
- Достъп до елемент – възможен е достъп само до началото на опашката (ако не е празна).
Примери за използване на опашка
[редактиране | редактиране на кода]Пример за употреба на опашка в C#
using System;
using System.Collections.Generic;
class QueueExample
{
static void Main()
{
Queue<int> numbersQueue = new Queue<int>(); // инициализация на опашка
// Пример1 – Добавяне и извличане на елементи от опашка
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
numbersQueue.Enqueue(i); // void метода Enqueue, приема обект от типа на опашката (в случая int) като параметър
}
while (numbersQueue.Count > 0)
{
Console.WriteLine(numbersQueue.Dequeue()); // метода Dequeue връща следващото число
}
// Пример 2
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
numbersQueue.Enqueue(i);
}
while (numbersQueue.Peek() != 5) // Този цикъл извлича елементи от опашката докато следващия елемент е различен от 5
{
Console.WriteLine(numbersQueue.Dequeue());
}
// Пример 3
Queue<string> stringQueue = new Queue<string>();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
stringQueue.Enqueue("string" + i.ToString()); // пример за генериране на опашка от низове
}
while (stringQueue.Count > 0)
{
Console.WriteLine("Press any key to see next element");
Console.ReadKey();
Console.WriteLine("Next element: " + stringQueue.Dequeue()); // извличане на следващия елемент след като е натиснат клавиш
}
}
}
Пример за употреба на масив като опашка в JavaScript
<body>
<button onclick="startScript()">Test Script</button>
<script type="text/javascript">
function startScript() {
// Пример 1
var queue = new Array();
for (var i = 0; i < 5; i++) { // добавяне на елементи в опашката
queue.push(i);
}
while (queue.length > 0) { // извличане на елементи от опашката
alert(queue.shift());
}
// Пример 2
for (var i = 0; i < 10; i++) {
queue.push("string" + i);
}
while (queue.length > 0) {
alert(queue.shift());
}
}
</script>
</body>
Пример за употреба на опашка в C++
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define M 100
typedef float ElementType;
struct Queue
{
int r, f;
ElementType QueueArray[M];
};
void pushq(struct Queue *q, ElementType x)
{
if((q->r + 1) % M == q->f)
{
printf ("Препълване! ");
exit(1);
}
q->r = (q->r + 1) % M;
q->QueueArray[q->r] = x;
}
ElementType popq(struct Queue *q)
{
if(q->r == q->f)
{
printf("Празна опашка! ");
exit(1);
}
q->f = (q->f + 1) % M;
return q->QueueArray[q->f];
}
void main()
{
struct Queue mem = {0, 0}; //създаване на празна опашка
ElementType y = 3.14f;
int i;
for(i = 1; i <= 99; i++)
pushq(&mem, y+=1.1f);
for(i = 1; i <= 99; i++)
printf("%.2f ", popq(&mem));
}
Пример за употреба на опашка в PHP
<?php
class MoviesList extends SplQueue
{
}
$movies = new MoviesList(); //Създаване на опашката
$movies ->enqueue('The Godfather'); //Добавяне на елементи
$movies ->enqueue('The Shawshank Redemption');
$movies ->enqueue('The Dark Knight');
echo $movies ->dequeue() . "n"; // Изважда 'The Godfather'
echo $movies ->dequeue() . "n"; // Изважда 'The Shawshank Redemption'
echo $movies ->bottom() . "n"; // Изважда 'The Dark Knight'
Източници
[редактиране | редактиране на кода]- Светлин Наков, Веселин Колев и колектив. Въведение в програмирането със C#. Велико Търново, Фабер, 2011. ISBN 978-954-400-527-6. с. 651.
- Преслав Наков, Панайот Добриков. Програмиране = ++Алгоритми;. TopTeam Co., София, 2002. ISBN 954-8905-06-X. с.149.
