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ja/codes/zig/chapter_stack_and_queue/array_queue.zig

@@ -0,0 +1,140 @@
+// File: array_queue.zig
+// Created Time: 2023-01-15
+// Author: codingonion (coderonion@gmail.com)
+
+const std = @import("std");
+const inc = @import("include");
+
+// 循環配列ベースのキュー
+pub fn ArrayQueue(comptime T: type) type {
+    return struct {
+        const Self = @This();
+
+        nums: []T = undefined,                          // キュー要素を格納する配列
+        cap: usize = 0,                                 // キューの容量
+        front: usize = 0,                               // 先頭ポインタ。先頭要素を指す
+        queSize: usize = 0,                             // 末尾ポインタ。キューの末尾 + 1 を指す
+        mem_arena: ?std.heap.ArenaAllocator = null,
+        mem_allocator: std.mem.Allocator = undefined,   // メモリアロケータ
+
+        // コンストラクタ（メモリを確保して配列を初期化）
+        pub fn init(self: *Self, allocator: std.mem.Allocator, cap: usize) !void {
+            if (self.mem_arena == null) {
+                self.mem_arena = std.heap.ArenaAllocator.init(allocator);
+                self.mem_allocator = self.mem_arena.?.allocator();
+            }
+            self.cap = cap;
+            self.nums = try self.mem_allocator.alloc(T, self.cap);
+            @memset(self.nums, @as(T, 0));
+        }
+        
+        // デストラクタ（メモリを解放する）
+        pub fn deinit(self: *Self) void {
+            if (self.mem_arena == null) return;
+            self.mem_arena.?.deinit();
+        }
+
+        // キューの容量を取得
+        pub fn capacity(self: *Self) usize {
+            return self.cap;
+        }
+
+        // キューの長さを取得
+        pub fn size(self: *Self) usize {
+            return self.queSize;
+        }
+
+        // キューが空かどうかを判定
+        pub fn isEmpty(self: *Self) bool {
+            return self.queSize == 0;
+        }
+
+        // エンキュー
+        pub fn push(self: *Self, num: T) !void {
+            if (self.size() == self.capacity()) {
+                std.debug.print("キューがいっぱいです\n", .{});
+                return;
+            }
+            // 末尾ポインタを計算し、末尾インデックス + 1 を指す
+            // 剰余演算により、rear が配列末尾を越えた後に先頭へ戻るようにする
+            var rear = (self.front + self.queSize) % self.capacity();
+            // 末尾ノードの後ろに num を追加
+            self.nums[rear] = num;
+            self.queSize += 1;
+        } 
+
+        // デキュー
+        pub fn pop(self: *Self) T {
+            var num = self.peek();
+            // 先頭ポインタを1つ後ろへ進め、末尾を越えたら配列先頭に戻す
+            self.front = (self.front + 1) % self.capacity();
+            self.queSize -= 1;
+            return num;
+        } 
+
+        // キュー先頭の要素にアクセス
+        pub fn peek(self: *Self) T {
+            if (self.isEmpty()) @panic("キューが空です");
+            return self.nums[self.front];
+        } 
+
+        // 配列を返す
+        pub fn toArray(self: *Self) ![]T {
+            // 有効長の範囲内のリスト要素のみを変換
+            var res = try self.mem_allocator.alloc(T, self.size());
+            @memset(res, @as(T, 0));
+            var i: usize = 0;
+            var j: usize = self.front;
+            while (i < self.size()) : ({ i += 1; j += 1; }) {
+                res[i] = self.nums[j % self.capacity()];
+            }
+            return res;
+        }
+    };
+}
+
+// Driver Code
+pub fn main() !void {
+    // キューを初期化
+    var capacity: usize = 10;
+    var queue = ArrayQueue(i32){};
+    try queue.init(std.heap.page_allocator, capacity);
+    defer queue.deinit();
+
+    // 要素をエンキュー
+    try queue.push(1);
+    try queue.push(3);
+    try queue.push(2);
+    try queue.push(5);
+    try queue.push(4);
+    std.debug.print("キュー queue = ", .{});
+    inc.PrintUtil.printArray(i32, try queue.toArray());
+
+    // キュー先頭の要素にアクセス
+    var peek = queue.peek();
+    std.debug.print("\n先頭要素 peek = {}", .{peek});
+
+    // 要素をデキュー
+    var pop = queue.pop();
+    std.debug.print("\nデキューした要素 pop = {}、デキュー後 queue = ", .{pop});
+    inc.PrintUtil.printArray(i32, try queue.toArray());
+
+    // キューの長さを取得
+    var size = queue.size();
+    std.debug.print("\nキューの長さ size = {}", .{size});
+
+    // キューが空かどうかを判定
+    var is_empty = queue.isEmpty();
+    std.debug.print("\nキューが空かどうか = {}", .{is_empty});
+
+    // 循環配列をテストする
+    var i: i32 = 0;
+    while (i < 10) : (i += 1) {
+        try queue.push(i);
+        _ = queue.pop();
+        std.debug.print("\n第 {} 回のエンキュー + デキュー後 queue = ", .{i});
+        inc.PrintUtil.printArray(i32, try queue.toArray());
+    }
+
+    _ = try std.io.getStdIn().reader().readByte();
+}