JavaScript数据结构yocto queue队列链表代码分析

什么是队列？

队列（Queue）是一种基础的数据结构，属于线性结构，它的特点是在队列尾插入元素，同时在队列头删除元素，遵循先进先出（FIFO）的原则。队列可以简单的理解为排队，先到达的先被服务，而后到达的则等在队列尾排队等待。队列的应用非常广泛，例如排队系统、消息队列等。

队列的实现方式

队列在程序中有多种不同的实现方式，常见方法包括数组实现、链表实现等。下面，我们着重学习链表实现方式。

队列使用链表实现

JavaScript中可以使用链表来实现队列结构，此时我们将队列头称为队头（front），将队列尾称为队尾（rear）。通过链表可以实现队列的插入操作与删除操作，具体插入和删除操作如下：

插入（入队）

• 创建一个新的节点
• 将该节点添加至队列尾（rear）
• 如果该节点是队列中第一个节点，则同时将其设置为队头（front）
• 返回成功添加节点后队列中节点的个数

删除（出队）

• 从队列头（front）删除一个节点
• 如果队列中只有一个节点，则同时删除该节点，且设置队头和队尾均为空
• 返回成功删除节点后队列中节点的个数

yocto-queue 队列代码分析

yocto-queue是一个开源的npm包，用于JavaScript实现队列。我们通过分析该库的源代码，掌握如何使用链表实现队列的基本操作。

初始化

在源代码的 constructor 函数中，我们可以看到首先定义了两个 null 值来分别代表链表的头指针与尾指针：

constructor () {
    this._front = null;
    this._rear = null;
}

入队

enqueue 函数用于在队列的尾部添加新元素：

enqueue (data) {
    if (!this._front) {
        this._front = this._rear = { data, next:null };
    } else {
        this._rear = this._rear.next = { data, next:null };
    }
    this._size++;
    return this._size;
}

从上述代码中可知，如果队列为空，该函数会将新元素设为队列头和队列尾。反之，将新元素加入队列尾，同时更新队列尾指针和队列大小。最后返回队列大小。

出队

dequeue 函数用于删除队列前端的元素：

dequeue () {
    let res = null;
    if (this._front) {
        this._size--;
        res = this._front;
        this._front = this._front.next;
        if (!this._front) {
            this._rear = null;
        }
    }
    return res ? res.data : null;
}

从上述代码中可知，如果队头不为空，则删除队头元素并将其返回。同时将队头指向下一个元素，并更新队列大小。然而需要注意的是，如果队列中仅剩下一个元素，则删除该元素后，同时要将队列头和队列尾都设为 null，即空队列。

示例说明

下面的示例演示了如何使用 yocto-queue 包来实现将珂朵莉树从根节点开始按层遍历输出：

const YoctoQueue = require('yocto-queue');

function levelOrderTraversal (root) {
    const queue = new YoctoQueue();
    queue.enqueue(root);
    let resStr = '';
    while (queue.size() > 0) {
        const node = queue.dequeue();
        resStr += `${node.val} `;
        if (node.left) {
            queue.enqueue(node.left);
        }
        if (node.right) {
            queue.enqueue(node.right);
        }
    }
    console.log(resStr);
}

const tree = {
    val: 1,
    left: {
        val: 2,
        left: { val: 4, left: null, right: null },
        right: { val: 5, left: null, right: null },
    },
    right: {
        val: 3,
        left: { val: 6, left: null, right: null },
        right: { val: 7, left: null, right: null },
    }
};

levelOrderTraversal(tree); // 输出：1 2 3 4 5 6 7

上面的示例使用了 yocto-queue 包来实现二叉树的按层遍历操作。具体分析如下：

1. 首先，创建一个 YoctoQueue 的实例命名为 queue
2. 将二叉树的根节点 root 入队
3. 创建一个字符串变量 resStr，用于存储遍历结果
4. 当队列不为空时，依次将队列中节点出队，并将节点值 node.val 存入 resStr
5. 如果节点 node 存在左子树，则将左子树节点入队
6. 如果节点 node 存在右子树，则将右子树节点入队
7. 最后输出 resStr，即为按层遍历结果

还可使用 yocto-queue 包实现更多操作，例如最大队列长度、队列是否为空等等。具体情况可以阅读该包的官方文档。