100天iOS数据结构与算法实战 Day10 - 队列

队列的特性

先进先出，俗称FIFO。

我们来大致描述下进出队列的情况。

有几个注意的地方。

1：如果队列里没有元素将返回nil ，可以给一个错误提示信息。 2：进队列的时间复杂度是O（1），因为随着数组的增加不会影响时间复杂度，只是在最后面添加。但是如果这个数组的容量占满了，那么我们得重新调整数组容量来获取更多的空间，这个操作是重新创建新的内存，然后再copy，这个时间复杂度是O（n） 。 3： 我们假设iOS的数组不是circular buffer来实现，我们考虑下这个情况，注意后面说的数组都是非circular buffer结构实现的 。那么队列从头部出队列，后面元素内存要移位操作。这个是一个时间复杂度为O（n）操作。所以我们不能在数组中删除第一个元素，因为删除后，一般数组的机制为了填充前面的空隙后面的元素会前移，所以我们只是返回要出队的元素。

先看没有优化前的队列的代码

进队的代码

1. - (void)enqueue:(id)object

2. {

3.    if (object != nil) {

4.        [self.queueArray addObject:object];

5.    }

6.    else {

7.        NSAssert(object != nil, @"You can't push nil object to queue");

8.    }

9. }

出队的代码

1. - (id)dequeue

2. {

3.    if ([self.queueArray count] > 0)

4.    {

5.        id object = [self peek];

6.        [self.queueArray removeObjectAtIndex:0];

7.        return object;

8.    }

9.    return nil;

10. }

如果队列存在元素才能出去，但是如果删除第一个元素，后面元素前移（上面也说了这是数组的机制为了填充前面的空隙）影响效率，我们后面会优化这个地方。

优化后的代码

为了充分利用数组的空间，并且避免频繁的移动元素，不直接删除头部元素，而是置为空，通过移动索引的方式返回要出队的元素，当队列的头部索引前面的空间比较大的时候我们清理一波。

1. - (id)dequeue

2. {

3.    id object;

4.    if (self.headIndex < self.queueArray.count)

5.    {

6.        object = self.queueArray[self.headIndex];

7.    }

8.    else

9.    {

10.        return nil;

11.    }

12.    self.queueArray[self.headIndex] = [NSNull null];

13.    self.headIndex += 1;

14.    double percentage = (double)self.headIndex/(double)(self.queueArray.count);

15.    if (self.queueArray.count > kQueueCapacity && percentage > 0.25)

16.    {

17.        [self.queueArray removeObjectsInRange:NSMakeRange(0, self.headIndex)];

18.        self.headIndex = 0;

19.    }

20.    return object;

21. }

上面计算了队首空余的元素占数组总元素的百分比，如果空余元素超过 25%，我们就进行一波清理。但是，如果队列的长度过小，我们也不想频繁地清理空间，所以在清理空间之前，队列中至少要有 一定量 的元素，比如我这个kQueueCapacity 是 100。

测试结果

进队

    DSQueue *queue = [[DSQueue alloc] initWithSize:5];    [queue enqueue:@"1"];    [queue enqueue:@"2"];    [queue enqueue:@"3"];    [queue enqueue:@"4”];

结果图

出队

 [queue dequeue];

结果图

清空前面的占位元素节省空间

看箭头所指的地方现在索引前面的多余的空间已经被清理了，并且索引的是0。

还有优化的空间

• 之前我们说栈的时候动态扩容，提过频繁创建copy的扩容操作。

• 我们可以利用头部的空间，不清理它，比如队尾巴满了，头部有空间我们可以放到头部，这样加一个尾部索引，如果头部和尾部索引真相等了那么，这个队列可能真满了，再考虑创建更多的空间。

• 由于队列的顺序性，我们要小心copy元素，比如如果头部元素大于尾部元素那么就是copy从头部元素一直到size个元素到新的数组，如果头部元素小于尾部元素就要copy两部分元素，头部元素到数组结束的元素，还有一部分数组开始到尾部索引的元素到新的数组。

总结

通过移动索引的方式来避免移动元素，通过一定的机制清理多余的空间来节省内存。现在在数组非circular buffer实现情况下出队操作的复杂度已经从之前的 O(n) 变为了现在的 O(1)，由于iOS数组采用的circular buffer这个结构所以避免了出队操作造成移动较多元素的问题。

GithubDemo

https://github.com/renmoqiqi/100-Days-Of-iOS-DataStructure-Algorithm/tree/master/Day10

转载自公众号：人魔七七