前中后队列：多方位操作的队列设计指南

前端

2024-02-26 23:45:17

在软件开发的世界中，队列是一种广泛使用的结构，允许按先进先出（FIFO）顺序存储和检索元素。然而，在某些情况下，我们需要一种更灵活的队列，它不仅支持 FIFO 操作，还支持在前、中和后位置插入和删除元素。这就是前中后队列发挥作用的地方。

前中后队列：灵活操作的队列

前中后队列是一种特殊类型的队列，允许在队列的前、中、后三个位置进行 push 和 pop 操作。它扩展了 FIFO 模型，提供了额外的灵活性，使开发人员可以根据需要从队列中插入或删除元素。

设计前中后队列

设计前中后队列需要考虑多个方面：

存储结构： 队列可以存储在数组或链表中，取决于所选实现。
指针： 为了实现从三个位置进行插入和删除，需要跟踪三个指针：头部（前）、中部和尾部（后）。
操作： push 和 pop 操作必须经过修改以支持在不同位置操作。

实现前中后队列

以下是用 Java 实现的前中后队列：

import java.util.LinkedList;

class FrontMiddleBackQueue {
    private LinkedList<Integer> queue;
    private int headIndex, middleIndex, tailIndex;

    public FrontMiddleBackQueue() {
        queue = new LinkedList<>();
        headIndex = -1;
        middleIndex = -1;
        tailIndex = -1;
    }

    public void pushFront(int val) {
        queue.addFirst(val);
        if (headIndex == -1) {
            headIndex = 0;
            middleIndex = 0;
            tailIndex = 0;
        } else if (tailIndex < middleIndex) {
            tailIndex++;
        }
        headIndex++;
        if (middleIndex != -1) {
            middleIndex++;
        }
    }

    public void pushMiddle(int val) {
        int size = queue.size();
        if (size == 0) {
            queue.add(val);
            headIndex = 0;
            middleIndex = 0;
            tailIndex = 0;
        } else if (size % 2 == 0) {
            queue.add(size / 2, val);
            middleIndex = size / 2;
        } else {
            queue.add((size + 1) / 2, val);
            middleIndex = (size + 1) / 2;
        }
        tailIndex++;
    }

    public void pushBack(int val) {
        queue.addLast(val);
        if (headIndex == -1) {
            headIndex = 0;
            middleIndex = 0;
            tailIndex = 0;
        } else {
            if (tailIndex == middleIndex) {
                middleIndex++;
            }
            tailIndex++;
        }
    }

    public int popFront() {
        if (headIndex == -1) {
            return -1;
        }
        int value = queue.removeFirst();
        headIndex--;
        if (headIndex == middleIndex) {
            middleIndex--;
        }
        if (headIndex == tailIndex) {
            headIndex = -1;
            middleIndex = -1;
            tailIndex = -1;
        }
        return value;
    }

    public int popMiddle() {
        if (middleIndex == -1) {
            return -1;
        }
        int value = queue.remove(middleIndex);
        if (middleIndex == tailIndex) {
            tailIndex--;
        }
        if (middleIndex == headIndex) {
            headIndex--;
            middleIndex = -1;
        } else {
            middleIndex--;
            if (middleIndex < headIndex) {
                headIndex--;
            }
        }
        return value;
    }

    public int popBack() {
        if (tailIndex == -1) {
            return -1;
        }
        int value = queue.removeLast();
        tailIndex--;
        if (tailIndex == middleIndex) {
            middleIndex--;
        }
        if (tailIndex == headIndex) {
            headIndex = -1;
            middleIndex = -1;
            tailIndex = -1;
        }
        return value;
    }
}