Deque(双向队列)-Swift实现

特性

可以像普通队列一样，拥有从队首出队、从队尾入队的特性外，双向队列，也可以从队首入队，从队尾出队。

Swift实现（一般）

struct Deque<T> {
    private var array = [T]()
    //判空
    var isEmpty: Bool {
        return array.isEmpty
    }
    var count: Int {
        return array.count
    }
    //从队尾入队
    mutating func enqueue(_ element: T) {
        array.append(element)
    }
    //从队首入队
    mutating func enqueueFront(_ element: T) {
        array.insert(element, at: 0)
    }
    //从队首出队
    mutating func dequeue() -> T? {
        if isEmpty {
            return nil
        } else {
            return array.removeFirst()
        }
    }
    //从队尾出队
    mutating func dequeueBack() -> T? {
        if isEmpty {
            return nil
        } else {
            return array.removeLast()
        }
    }
    //查看队首元素
    func peekFront() -> T? {
        return array.first
    }
    //查看队尾元素
    func peekBack() -> T? {
        return array.last
    }
}

上面就是对双向队列的简单实现，但是存在如下问题：

1 ，dequeue(队首出队)操作时，由于删除数组中第一个元素，需要将数组中剩余的所有元素，在内存中的位置，统一向前移动一个位置，来填补空白，这个操作的时间复杂度为O(n).
2 ，enqueueFront(队首入队)操作时，由于是在数组的最前面插入一个新的元素，所以需要将数组中原有的所有元素，在内存中的位置，统一向后移动一个位置，这个操作的时间复杂度为O(n).
上面两种情况，导致上面的双向队列实现的方法，效率有点低，我们需要优化这个问题。

同时我们会疑问，为什么在数组的尾部进行插入和删除操作时，不错在上面的问题呢，这就和Swift中数组的实现机制有关了，在Swift中，在数组初始化后，在数组的最后面面，会预留出一些空的位置，来以备将来在末尾增加新的元素。

//初始化数组
var arr = ["a", "b", "c"]
//实际在数组中情况为
["a", "b", "c", **,  **, **]
//** 就是预留出来的内存，以备将来插入新的元素
arr.append("d")后
// 实际情况为
["a", "b", "c", "d",  **, **]

借鉴上面的思路，我们也可以在双向队列的实现中，自己实现这种类似的机制，来解决问题1，2.

Swift实现（稍高效）

struct Deque<T> {
    private var array: [T?]
    
    ///在数组前面预留的空间
    private var spaceCount = 10
    //标记数组中的头部位置
    private var head = 0

    init(_ spaceCount: Int = 10) {
        self.spaceCount = spaceCount
        array = [T?].init(repeating: nil, count: spaceCount)
        head = spaceCount
    }
    
    //判空
    var isEmpty: Bool {
        return count == 0
    }
    
    var count: Int {
        return array.count - head
    }
    
    //从队尾入队
    mutating func enqueue(_ element: T) {
        array.append(element)
    }
    
    //从队首入队
    mutating func enqueueFront(_ element: T) {
        //需要向队首插入新的空位
        if head == 0{
            spaceCount *= 2
            let space = [T?].init(repeating: nil, count: spaceCount)
            array.insert(contentsOf: space, at: 0)
            head = spaceCount
        }
        head -= 1
        array.insert(element, at: head)
    }
    
    //从队首出队
    mutating func dequeue() -> T? {
        //取出队首元素
        guard !isEmpty, let element = array[head] else { return nil }
        array[head] = nil
        //标记数组头部增加1
        head += 1
        
        //定期去除多余的空间
        if head >= spaceCount*2 {
            let amountToRemove = spaceCount + spaceCount/2
            array.removeFirst(amountToRemove)
            head -= amountToRemove
            spaceCount /= 2
        }
        return element
    }
    
    //从队尾出队
    mutating func dequeueBack() -> T? {
        if isEmpty {
            return nil
        } else {
            return array.removeLast()
        }
    }
    //查看队首元素
    func peekFront() -> T? {
        return array.first ?? nil
    }
    //查看队尾元素
    func peekBack() -> T? {
        return array.last ?? nil
    }
}

新的实现方法，主要有以下的几处改变：

1，数组中的元素由 T 变成了 T?, 这是为了在数组的前面预留空位时，将空位中的元素设置为nil
2，初始化时，在数组的前面预留出一定的空间，来实现我们队首插入操作时，不需要数组中的元素整体后移的思路
3，enqueueFront() 队首入队时，用head标签，来标记当前实际的头部位置，同时当数组前面没有空位的时候，统一的在数组的前面增加空位，增量成倍数增长，这样当插入操作多是，效率更高
4，dequeue() 队首出队的时候，只需要向后移动head标签的位置即可，这样防止每次数组中队首删除元素后，元素统一向前移动，但是防止数组中前面的空位过多浪费空间，我们定期的删除空位。

Deque(双向队列)-Swift实现

特性

Swift实现（一般）

Swift实现（稍高效）

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