hello-algo/codes/swift/chapter_stack_and_queue/array_deque.swift

/**
 * File: array_deque.swift
 * Created Time: 2023-02-22
 * Author: nuomi1 (nuomi1@qq.com)
 */

/* 基于环形数组实现的双向队列 */
class ArrayDeque {
    private var nums: [Int] // 用于存储双向队列元素的数组
    private var front: Int // 队首指针，指向队首元素
    private var queSize: Int // 双向队列长度

    /* 构造方法 */
    init(capacity: Int) {
        nums = Array(repeating: 0, count: capacity)
        front = 0
        queSize = 0
    }

    /* 获取双向队列的容量 */
    func capacity() -> Int {
        nums.count
    }

    /* 获取双向队列的长度 */
    func size() -> Int {
        queSize
    }

    /* 判断双向队列是否为空 */
    func isEmpty() -> Bool {
        size() == 0
    }

    /* 计算环形数组索引 */
    private func index(i: Int) -> Int {
        // 通过取余操作实现数组首尾相连
        // 当 i 越过数组尾部后，回到头部
        // 当 i 越过数组头部后，回到尾部
        (i + capacity()) % capacity()
    }

    /* 队首入队 */
    func pushFirst(num: Int) {
        if size() == capacity() {
            print("双向队列已满")
            return
        }
        // 队首指针向左移动一位
        // 通过取余操作，实现 front 越过数组头部后回到尾部
        front = index(i: front - 1)
        // 将 num 添加至队首
        nums[front] = num
        queSize += 1
    }

    /* 队尾入队 */
    func pushLast(num: Int) {
        if size() == capacity() {
            print("双向队列已满")
            return
        }
        // 计算尾指针，指向队尾索引 + 1
        let rear = index(i: front + size())
        // 将 num 添加至队尾
        nums[rear] = num
        queSize += 1
    }

    /* 队首出队 */
    func popFirst() -> Int {
        let num = peekFirst()
        // 队首指针向后移动一位
        front = index(i: front + 1)
        queSize -= 1
        return num
    }

    /* 队尾出队 */
    func popLast() -> Int {
        let num = peekLast()
        queSize -= 1
        return num
    }

    /* 访问队首元素 */
    func peekFirst() -> Int {
        if isEmpty() {
            fatalError("双向队列为空")
        }
        return nums[front]
    }

    /* 访问队尾元素 */
    func peekLast() -> Int {
        if isEmpty() {
            fatalError("双向队列为空")
        }
        // 计算尾元素索引
        let last = index(i: front + size() - 1)
        return nums[last]
    }

    /* 返回数组用于打印 */
    func toArray() -> [Int] {
        // 仅转换有效长度范围内的列表元素
        var res = Array(repeating: 0, count: size())
        for (i, j) in sequence(first: (0, front), next: { $0 < self.size() - 1 ? ($0 + 1, $1 + 1) : nil }) {
            res[i] = nums[index(i: j)]
        }
        return res
    }
}

@main
enum _ArrayDeque {
    /* Driver Code */
    static func main() {
        /* 初始化双向队列 */
        let deque = ArrayDeque(capacity: 10)
        deque.pushLast(num: 3)
        deque.pushLast(num: 2)
        deque.pushLast(num: 5)
        print("双向队列 deque = \(deque.toArray())")

        /* 访问元素 */
        let peekFirst = deque.peekFirst()
        print("队首元素 peekFirst = \(peekFirst)")
        let peekLast = deque.peekLast()
        print("队尾元素 peekLast = \(peekLast)")

        /* 元素入队 */
        deque.pushLast(num: 4)
        print("元素 4 队尾入队后 deque = \(deque.toArray())")
        deque.pushFirst(num: 1)
        print("元素 1 队首入队后 deque = \(deque.toArray())")

        /* 元素出队 */
        let popLast = deque.popLast()
        print("队尾出队元素 = \(popLast)，队尾出队后 deque = \(deque.toArray())")
        let popFirst = deque.popFirst()
        print("队首出队元素 = \(popFirst)，队首出队后 deque = \(deque.toArray())")

        /* 获取双向队列的长度 */
        let size = deque.size()
        print("双向队列长度 size = \(size)")

        /* 判断双向队列是否为空 */
        let isEmpty = deque.isEmpty()
        print("双向队列是否为空 = \(isEmpty)")
    }
}