5.2 큐¶
큐(queue)는 선입선출 규칙을 따르는 선형 자료 구조다. 이름 그대로 줄 서는 현상을 재현한다. 새로 온 사람은 계속 줄의 뒤에 서고, 맨 앞에 있는 사람부터 하나씩 떠난다.
아래 그림(5-4)과 같이 큐의 앞쪽을 ‘큐의 맨 앞’, 뒤쪽을 ‘큐의 맨 뒤’라고 한다. 맨 뒤에 원소를 추가하는 연산을 ‘큐에 삽입하기’, 맨 앞 원소를 삭제하는 연산을 ‘큐에서 꺼내기’라고 한다.
그림 5-4 큐의 선입선출 규칙
5.2.1 큐의 기본 연산¶
큐의 기본 연산은 아래 표(5-2)와 같다. 메서드 이름은 프로그래밍 언어에 따라 다를 수 있으며, 여기서는 스택과 같은 이름을 사용한다.
표 5-2 큐의 연산 효율
| 메서드 | 설명 | 시간 복잡도 |
|---|---|---|
push() |
큐에 원소 삽입, 즉 맨 뒤에 추가 | \(O(1)\) |
pop() |
큐의 맨 앞 원소를 꺼냄 | \(O(1)\) |
peek() |
큐의 맨 앞 원소에 접근 | \(O(1)\) |
프로그래밍 언어가 제공하는 큐 클래스를 바로 사용할 수 있다.
queue.py
from collections import deque
# 큐 초기화
# Python에서는 보통 덱 클래스 deque를 큐로 사용한다
# queue.Queue()는 전용 큐 클래스이지만 사용이 불편하므로 권하지 않는다
que: deque[int] = deque()
# 큐에 원소 삽입
que.append(1)
que.append(3)
que.append(2)
que.append(5)
que.append(4)
# 큐의 맨 앞 원소에 접근
front: int = que[0]
# 큐에서 원소 꺼내기
pop: int = que.popleft()
# 큐 길이 구하기
size: int = len(que)
# 큐가 비어 있는지 확인
is_empty: bool = len(que) == 0
queue.java
/* 큐 초기화 */
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.offer(1);
queue.offer(3);
queue.offer(2);
queue.offer(5);
queue.offer(4);
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
int peek = queue.peek();
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
int pop = queue.poll();
/* 큐 길이 구하기 */
int size = queue.size();
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
boolean isEmpty = queue.isEmpty();
queue.cs
/* 큐 초기화 */
Queue<int> queue = new();
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.Enqueue(1);
queue.Enqueue(3);
queue.Enqueue(2);
queue.Enqueue(5);
queue.Enqueue(4);
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
int peek = queue.Peek();
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
int pop = queue.Dequeue();
/* 큐 길이 구하기 */
int size = queue.Count;
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
bool isEmpty = queue.Count == 0;
queue_test.go
/* 큐 초기화 */
// Go에서는 list를 큐로 사용한다
queue := list.New()
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.PushBack(1)
queue.PushBack(3)
queue.PushBack(2)
queue.PushBack(5)
queue.PushBack(4)
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
peek := queue.Front()
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
pop := queue.Front()
queue.Remove(pop)
/* 큐 길이 구하기 */
size := queue.Len()
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
isEmpty := queue.Len() == 0
queue.swift
/* 큐 초기화 */
// Swift에는 내장 큐 클래스가 없으므로 Array를 큐로 사용할 수 있다
var queue: [Int] = []
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.append(1)
queue.append(3)
queue.append(2)
queue.append(5)
queue.append(4)
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
let peek = queue.first!
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
// 배열이므로 removeFirst의 복잡도는 O(n)이다
let pop = queue.removeFirst()
/* 큐 길이 구하기 */
let size = queue.count
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
let isEmpty = queue.isEmpty
queue.js
/* 큐 초기화 */
// JavaScript에는 내장 큐가 없으므로 Array를 큐로 사용할 수 있다
const queue = [];
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.push(1);
queue.push(3);
queue.push(2);
queue.push(5);
queue.push(4);
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
const peek = queue[0];
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
// 기반이 배열이므로 shift() 메서드의 시간 복잡도는 O(n)이다
const pop = queue.shift();
/* 큐 길이 구하기 */
const size = queue.length;
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
const empty = queue.length === 0;
queue.ts
/* 큐 초기화 */
// TypeScript에는 내장 큐가 없으므로 Array를 큐로 사용할 수 있다
const queue: number[] = [];
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.push(1);
queue.push(3);
queue.push(2);
queue.push(5);
queue.push(4);
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
const peek = queue[0];
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
// 기반이 배열이므로 shift() 메서드의 시간 복잡도는 O(n)이다
const pop = queue.shift();
/* 큐 길이 구하기 */
const size = queue.length;
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
const empty = queue.length === 0;
queue.dart
/* 큐 초기화 */
// Dart의 Queue 클래스는 덱이며 일반 큐로도 사용할 수 있다
Queue<int> queue = Queue();
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.add(1);
queue.add(3);
queue.add(2);
queue.add(5);
queue.add(4);
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
int peek = queue.first;
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
int pop = queue.removeFirst();
/* 큐 길이 구하기 */
int size = queue.length;
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
bool isEmpty = queue.isEmpty;
queue.rs
/* 덱 초기화 */
// Rust에서는 덱을 일반 큐로 사용한다
let mut deque: VecDeque<u32> = VecDeque::new();
/* 큐에 원소 삽입 */
deque.push_back(1);
deque.push_back(3);
deque.push_back(2);
deque.push_back(5);
deque.push_back(4);
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
if let Some(front) = deque.front() {
}
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
if let Some(pop) = deque.pop_front() {
}
/* 큐 길이 구하기 */
let size = deque.len();
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
let is_empty = deque.is_empty();
queue.kt
/* 큐 초기화 */
val queue = LinkedList<Int>()
/* 큐에 원소 삽입 */
queue.offer(1)
queue.offer(3)
queue.offer(2)
queue.offer(5)
queue.offer(4)
/* 큐의 맨 앞 원소에 접근 */
val peek = queue.peek()
/* 큐에서 원소 꺼내기 */
val pop = queue.poll()
/* 큐 길이 구하기 */
val size = queue.size
/* 큐가 비어 있는지 확인 */
val isEmpty = queue.isEmpty()
queue.rb
# 큐 초기화
# Ruby의 내장 큐(Thread::Queue)에는 peek와 순회 메서드가 없으므로 Array를 큐로 사용할 수 있다
queue = []
# 큐에 원소 삽입
queue.push(1)
queue.push(3)
queue.push(2)
queue.push(5)
queue.push(4)
# 큐 원소에 접근
peek = queue.first
# 큐에서 원소 꺼내기
# 배열이므로 Array#shift 메서드의 시간 복잡도는 O(n)임에 주의
pop = queue.shift
# 큐 길이 구하기
size = queue.length
# 큐가 비어 있는지 확인
is_empty = queue.empty?
코드 시각화
5.2.2 큐 구현¶
큐를 구현하려면 한쪽 끝에서 원소를 추가하고 반대쪽 끝에서 삭제할 수 있는 자료 구조가 필요하다. 연결 리스트와 배열 모두 이 조건을 만족한다.
1. 연결 리스트 기반 구현¶
아래 그림(5-5)과 같이 연결 리스트의 ‘머리 노드’와 ‘꼬리 노드’를 각각 ‘큐의 맨 앞’과 ‘큐의 맨 뒤’로 볼 수 있다. 맨 뒤에서는 노드 추가만, 맨 앞에서는 노드 삭제만 허용한다.
그림 5-5 연결 리스트 기반 큐의 삽입과 꺼내기
연결 리스트로 큐를 구현한 코드는 다음과 같다.
linkedlist_queue.py
class LinkedListQueue:
"""연결 리스트로 구현한 큐"""
def __init__(self):
"""생성자"""
self._front: ListNode | None = None # 머리 노드 front
self._rear: ListNode | None = None # 꼬리 노드 rear
self._size: int = 0
def size(self) -> int:
"""큐의 길이 반환"""
return self._size
def is_empty(self) -> bool:
"""큐가 비어 있는지 판단"""
return self._size == 0
def push(self, num: int):
"""큐에 삽입"""
# 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
node = ListNode(num)
# 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if self._front is None:
self._front = node
self._rear = node
# 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
else:
self._rear.next = node
self._rear = node
self._size += 1
def pop(self) -> int:
"""큐에서 꺼내기"""
num = self.peek()
# 머리 노드를 삭제한다
self._front = self._front.next
self._size -= 1
return num
def peek(self) -> int:
"""맨 앞 원소 접근"""
if self.is_empty():
raise IndexError("큐가 비어 있다")
return self._front.val
def to_list(self) -> list[int]:
"""출력에 사용할 리스트로 변환"""
queue = []
temp = self._front
while temp:
queue.append(temp.val)
temp = temp.next
return queue
linkedlist_queue.cpp
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue {
private:
ListNode *front, *rear; // 머리 노드 front, 꼬리 노드 rear
int queSize;
public:
LinkedListQueue() {
front = nullptr;
rear = nullptr;
queSize = 0;
}
~LinkedListQueue() {
// 연결 리스트를 순회하며 노드를 삭제하여 메모리를 해제한다
freeMemoryLinkedList(front);
}
/* 큐의 길이 반환 */
int size() {
return queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
bool isEmpty() {
return queSize == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
void push(int num) {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
ListNode *node = new ListNode(num);
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (front == nullptr) {
front = node;
rear = node;
}
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
else {
rear->next = node;
rear = node;
}
queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
int pop() {
int num = peek();
// 머리 노드를 삭제한다
ListNode *tmp = front;
front = front->next;
// 메모리 해제
delete tmp;
queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
int peek() {
if (size() == 0)
throw out_of_range("큐가 비어 있다");
return front->val;
}
/* 연결 리스트를 Vector로 변환하여 반환 */
vector<int> toVector() {
ListNode *node = front;
vector<int> res(size());
for (int i = 0; i < res.size(); i++) {
res[i] = node->val;
node = node->next;
}
return res;
}
};
linkedlist_queue.java
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue {
private ListNode front, rear; // 머리 노드 front, 꼬리 노드 rear
private int queSize = 0;
public LinkedListQueue() {
front = null;
rear = null;
}
/* 큐의 길이 반환 */
public int size() {
return queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
public boolean isEmpty() {
return size() == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
public void push(int num) {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
ListNode node = new ListNode(num);
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (front == null) {
front = node;
rear = node;
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
} else {
rear.next = node;
rear = node;
}
queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
public int pop() {
int num = peek();
// 머리 노드를 삭제한다
front = front.next;
queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
public int peek() {
if (isEmpty())
throw new IndexOutOfBoundsException();
return front.val;
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
public int[] toArray() {
ListNode node = front;
int[] res = new int[size()];
for (int i = 0; i < res.length; i++) {
res[i] = node.val;
node = node.next;
}
return res;
}
}
linkedlist_queue.cs
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue {
ListNode? front, rear; // 머리 노드 front, 꼬리 노드 rear
int queSize = 0;
public LinkedListQueue() {
front = null;
rear = null;
}
/* 큐의 길이 반환 */
public int Size() {
return queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
public bool IsEmpty() {
return Size() == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
public void Push(int num) {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
ListNode node = new(num);
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (front == null) {
front = node;
rear = node;
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
} else if (rear != null) {
rear.next = node;
rear = node;
}
queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
public int Pop() {
int num = Peek();
// 머리 노드를 삭제한다
front = front?.next;
queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
public int Peek() {
if (IsEmpty())
throw new Exception();
return front!.val;
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
public int[] ToArray() {
if (front == null)
return [];
ListNode? node = front;
int[] res = new int[Size()];
for (int i = 0; i < res.Length; i++) {
res[i] = node!.val;
node = node.next;
}
return res;
}
}
linkedlist_queue.go
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
type linkedListQueue struct {
// 내장 패키지 list로 큐를 구현한다
data *list.List
}
/* 큐 초기화 */
func newLinkedListQueue() *linkedListQueue {
return &linkedListQueue{
data: list.New(),
}
}
/* 큐에 삽입 */
func (s *linkedListQueue) push(value any) {
s.data.PushBack(value)
}
/* 큐에서 꺼내기 */
func (s *linkedListQueue) pop() any {
if s.isEmpty() {
return nil
}
e := s.data.Front()
s.data.Remove(e)
return e.Value
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
func (s *linkedListQueue) peek() any {
if s.isEmpty() {
return nil
}
e := s.data.Front()
return e.Value
}
/* 큐의 길이 반환 */
func (s *linkedListQueue) size() int {
return s.data.Len()
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
func (s *linkedListQueue) isEmpty() bool {
return s.data.Len() == 0
}
/* 출력에 사용할 List 반환 */
func (s *linkedListQueue) toList() *list.List {
return s.data
}
linkedlist_queue.swift
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue {
private var front: ListNode? // 머리 노드
private var rear: ListNode? // 꼬리 노드
private var _size: Int
init() {
_size = 0
}
/* 큐의 길이 반환 */
func size() -> Int {
_size
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
func isEmpty() -> Bool {
size() == 0
}
/* 큐에 삽입 */
func push(num: Int) {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
let node = ListNode(x: num)
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if front == nil {
front = node
rear = node
}
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
else {
rear?.next = node
rear = node
}
_size += 1
}
/* 큐에서 꺼내기 */
@discardableResult
func pop() -> Int {
let num = peek()
// 머리 노드를 삭제한다
front = front?.next
_size -= 1
return num
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
func peek() -> Int {
if isEmpty() {
fatalError("큐가 비어 있다")
}
return front!.val
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
func toArray() -> [Int] {
var node = front
var res = Array(repeating: 0, count: size())
for i in res.indices {
res[i] = node!.val
node = node?.next
}
return res
}
}
linkedlist_queue.js
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue {
#front; // 머리 노드 #front
#rear; // 꼬리 노드 #rear
#queSize = 0;
constructor() {
this.#front = null;
this.#rear = null;
}
/* 큐의 길이 반환 */
get size() {
return this.#queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
isEmpty() {
return this.size === 0;
}
/* 큐에 삽입 */
push(num) {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
const node = new ListNode(num);
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (!this.#front) {
this.#front = node;
this.#rear = node;
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
} else {
this.#rear.next = node;
this.#rear = node;
}
this.#queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
pop() {
const num = this.peek();
// 머리 노드를 삭제한다
this.#front = this.#front.next;
this.#queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
peek() {
if (this.size === 0) throw new Error('큐가 비어 있다');
return this.#front.val;
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
toArray() {
let node = this.#front;
const res = new Array(this.size);
for (let i = 0; i < res.length; i++) {
res[i] = node.val;
node = node.next;
}
return res;
}
}
linkedlist_queue.ts
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue {
private front: ListNode | null; // 머리 노드 front
private rear: ListNode | null; // 꼬리 노드 rear
private queSize: number = 0;
constructor() {
this.front = null;
this.rear = null;
}
/* 큐의 길이 반환 */
get size(): number {
return this.queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
isEmpty(): boolean {
return this.size === 0;
}
/* 큐에 삽입 */
push(num: number): void {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
const node = new ListNode(num);
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (!this.front) {
this.front = node;
this.rear = node;
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
} else {
this.rear!.next = node;
this.rear = node;
}
this.queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
pop(): number {
const num = this.peek();
if (!this.front) throw new Error('큐가 비어 있다');
// 머리 노드를 삭제한다
this.front = this.front.next;
this.queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
peek(): number {
if (this.size === 0) throw new Error('큐가 비어 있다');
return this.front!.val;
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
toArray(): number[] {
let node = this.front;
const res = new Array<number>(this.size);
for (let i = 0; i < res.length; i++) {
res[i] = node!.val;
node = node!.next;
}
return res;
}
}
linkedlist_queue.dart
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue {
ListNode? _front; // 머리 노드 _front
ListNode? _rear; // 꼬리 노드 _rear
int _queSize = 0; // 큐 길이
LinkedListQueue() {
_front = null;
_rear = null;
}
/* 큐의 길이 반환 */
int size() {
return _queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
bool isEmpty() {
return _queSize == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
void push(int _num) {
// 꼬리 노드 뒤에 _num을 추가한다
final node = ListNode(_num);
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (_front == null) {
_front = node;
_rear = node;
} else {
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
_rear!.next = node;
_rear = node;
}
_queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
int pop() {
final int _num = peek();
// 머리 노드를 삭제한다
_front = _front!.next;
_queSize--;
return _num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
int peek() {
if (_queSize == 0) {
throw Exception('큐가 비어 있다');
}
return _front!.val;
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
List<int> toArray() {
ListNode? node = _front;
final List<int> queue = [];
while (node != null) {
queue.add(node.val);
node = node.next;
}
return queue;
}
}
linkedlist_queue.rs
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
#[allow(dead_code)]
pub struct LinkedListQueue<T> {
front: Option<Rc<RefCell<ListNode<T>>>>, // 머리 노드 front
rear: Option<Rc<RefCell<ListNode<T>>>>, // 꼬리 노드 rear
que_size: usize, // 큐의 길이
}
impl<T: Copy> LinkedListQueue<T> {
pub fn new() -> Self {
Self {
front: None,
rear: None,
que_size: 0,
}
}
/* 큐의 길이 반환 */
pub fn size(&self) -> usize {
return self.que_size;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
pub fn is_empty(&self) -> bool {
return self.que_size == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
pub fn push(&mut self, num: T) {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
let new_rear = ListNode::new(num);
match self.rear.take() {
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
Some(old_rear) => {
old_rear.borrow_mut().next = Some(new_rear.clone());
self.rear = Some(new_rear);
}
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
None => {
self.front = Some(new_rear.clone());
self.rear = Some(new_rear);
}
}
self.que_size += 1;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
pub fn pop(&mut self) -> Option<T> {
self.front.take().map(|old_front| {
match old_front.borrow_mut().next.take() {
Some(new_front) => {
self.front = Some(new_front);
}
None => {
self.rear.take();
}
}
self.que_size -= 1;
old_front.borrow().val
})
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
pub fn peek(&self) -> Option<&Rc<RefCell<ListNode<T>>>> {
self.front.as_ref()
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
pub fn to_array(&self, head: Option<&Rc<RefCell<ListNode<T>>>>) -> Vec<T> {
let mut res: Vec<T> = Vec::new();
fn recur<T: Copy>(cur: Option<&Rc<RefCell<ListNode<T>>>>, res: &mut Vec<T>) {
if let Some(cur) = cur {
res.push(cur.borrow().val);
recur(cur.borrow().next.as_ref(), res);
}
}
recur(head, &mut res);
res
}
}
linkedlist_queue.c
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
typedef struct {
ListNode *front, *rear;
int queSize;
} LinkedListQueue;
/* 생성자 */
LinkedListQueue *newLinkedListQueue() {
LinkedListQueue *queue = (LinkedListQueue *)malloc(sizeof(LinkedListQueue));
queue->front = NULL;
queue->rear = NULL;
queue->queSize = 0;
return queue;
}
/* 소멸자 */
void delLinkedListQueue(LinkedListQueue *queue) {
// 모든 노드를 해제한다
while (queue->front != NULL) {
ListNode *tmp = queue->front;
queue->front = queue->front->next;
free(tmp);
}
// queue 구조체를 해제한다
free(queue);
}
/* 큐의 길이 반환 */
int size(LinkedListQueue *queue) {
return queue->queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
bool empty(LinkedListQueue *queue) {
return (size(queue) == 0);
}
/* 큐에 삽입 */
void push(LinkedListQueue *queue, int num) {
// 꼬리 노드 위치에 node를 추가한다
ListNode *node = newListNode(num);
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (queue->front == NULL) {
queue->front = node;
queue->rear = node;
}
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
else {
queue->rear->next = node;
queue->rear = node;
}
queue->queSize++;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
int peek(LinkedListQueue *queue) {
assert(size(queue) && queue->front);
return queue->front->val;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
int pop(LinkedListQueue *queue) {
int num = peek(queue);
ListNode *tmp = queue->front;
queue->front = queue->front->next;
free(tmp);
queue->queSize--;
return num;
}
/* 큐 출력 */
void printLinkedListQueue(LinkedListQueue *queue) {
int *arr = malloc(sizeof(int) * queue->queSize);
// 연결 리스트의 데이터를 배열에 복사한다
int i;
ListNode *node;
for (i = 0, node = queue->front; i < queue->queSize; i++) {
arr[i] = node->val;
node = node->next;
}
printArray(arr, queue->queSize);
free(arr);
}
linkedlist_queue.kt
/* 연결 리스트로 구현한 큐 */
class LinkedListQueue(
// 머리 노드 front, 꼬리 노드 rear
private var front: ListNode? = null,
private var rear: ListNode? = null,
private var queSize: Int = 0
) {
/* 큐의 길이 반환 */
fun size(): Int {
return queSize
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
fun isEmpty(): Boolean {
return size() == 0
}
/* 큐에 삽입 */
fun push(num: Int) {
// 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
val node = ListNode(num)
// 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if (front == null) {
front = node
rear = node
// 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
} else {
rear?.next = node
rear = node
}
queSize++
}
/* 큐에서 꺼내기 */
fun pop(): Int {
val num = peek()
// 머리 노드를 삭제한다
front = front?.next
queSize--
return num
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
fun peek(): Int {
if (isEmpty()) throw IndexOutOfBoundsException()
return front!!._val
}
/* 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 */
fun toArray(): IntArray {
var node = front
val res = IntArray(size())
for (i in res.indices) {
res[i] = node!!._val
node = node.next
}
return res
}
}
linkedlist_queue.rb
### 연결 리스트로 구현한 큐 ###
class LinkedListQueue
### 큐의 길이 반환 ###
attr_reader :size
### 생성자 ###
def initialize
@front = nil # 머리 노드 front
@rear = nil # 꼬리 노드 rear
@size = 0
end
### 큐가 비어 있는지 판단 ###
def is_empty?
@front.nil?
end
### 큐에 삽입 ###
def push(num)
# 꼬리 노드 뒤에 num을 추가한다
node = ListNode.new(num)
# 큐가 비어 있으면 머리와 꼬리 노드가 모두 해당 노드를 가리키게 한다
if @front.nil?
@front = node
@rear = node
# 큐가 비어 있지 않으면 해당 노드를 꼬리 노드 뒤에 추가한다
else
@rear.next = node
@rear = node
end
@size += 1
end
### 큐에서 꺼내기 ###
def pop
num = peek
# 머리 노드를 삭제한다
@front = @front.next
@size -= 1
num
end
### 맨 앞 원소 접근 ###
def peek
raise IndexError, '큐가 비어 있다' if is_empty?
@front.val
end
### 연결 리스트를 Array로 변환하여 반환 ###
def to_array
queue = []
temp = @front
while temp
queue << temp.val
temp = temp.next
end
queue
end
end
코드 시각화
2. 배열 기반 구현¶
배열에서 첫 원소를 삭제하는 시간 복잡도는 \(O(n)\)이므로, 큐에서 원소를 꺼내는 효율이 낮아진다. 그러나 다음과 같은 방법으로 이 문제를 피할 수 있다.
변수 front로 큐의 맨 앞 원소 인덱스를 가리키고, 변수 size로 큐의 길이를 기록한다. rear = front + size로 정의하면 rear는 큐의 맨 뒤 원소 바로 다음 위치를 가리킨다.
이 설계에서는 배열에서 원소가 들어 있는 유효 구간이 [front, rear - 1]이며, 각 연산의 구현 방법은 아래 그림(5-6)과 같다.
- 삽입: 인덱스
rear에 입력 원소를 대입하고size를 1 늘린다. - 꺼내기:
front를 1 늘리고size를 1 줄이면 된다.
두 연산 모두 한 번의 처리만 필요하므로 시간 복잡도는 \(O(1)\)이다.
그림 5-6 배열 기반 큐의 삽입과 꺼내기
여기에는 한 가지 문제가 있다. 삽입과 꺼내기를 반복하면 front와 rear가 계속 오른쪽으로 이동하다가 배열의 끝에 도달하면 더 이상 움직일 수 없다. 이를 해결하려면 배열을 앞뒤가 이어진 ‘원형 배열’로 볼 수 있다.
원형 배열에서는 front나 rear가 배열의 끝을 넘으면 곧바로 처음으로 돌아와 순회를 계속하게 해야 한다. 이 주기적 규칙은 ‘나머지 연산’으로 구현할 수 있다. 코드는 다음과 같다.
array_queue.py
class ArrayQueue:
"""원형 배열로 구현한 큐"""
def __init__(self, size: int):
"""생성자"""
self._nums: list[int] = [0] * size # 큐의 원소를 저장하는 배열
self._front: int = 0 # 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
self._size: int = 0 # 큐 길이
def capacity(self) -> int:
"""큐의 용량 반환"""
return len(self._nums)
def size(self) -> int:
"""큐의 길이 반환"""
return self._size
def is_empty(self) -> bool:
"""큐가 비어 있는지 판단"""
return self._size == 0
def push(self, num: int):
"""큐에 삽입"""
if self._size == self.capacity():
raise IndexError("큐가 가득 찼다")
# 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
# 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
rear: int = (self._front + self._size) % self.capacity()
# num을 맨 뒤에 추가한다
self._nums[rear] = num
self._size += 1
def pop(self) -> int:
"""큐에서 꺼내기"""
num: int = self.peek()
# 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
self._front = (self._front + 1) % self.capacity()
self._size -= 1
return num
def peek(self) -> int:
"""맨 앞 원소 접근"""
if self.is_empty():
raise IndexError("큐가 비어 있다")
return self._nums[self._front]
def to_list(self) -> list[int]:
"""출력에 사용할 리스트 반환"""
res = [0] * self.size()
j: int = self._front
for i in range(self.size()):
res[i] = self._nums[(j % self.capacity())]
j += 1
return res
array_queue.cpp
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue {
private:
int *nums; // 큐의 원소를 저장하는 배열
int front; // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
int queSize; // 큐 길이
int queCapacity; // 큐 용량
public:
ArrayQueue(int capacity) {
// 배열 초기화
nums = new int[capacity];
queCapacity = capacity;
front = queSize = 0;
}
~ArrayQueue() {
delete[] nums;
}
/* 큐의 용량 반환 */
int capacity() {
return queCapacity;
}
/* 큐의 길이 반환 */
int size() {
return queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
bool isEmpty() {
return size() == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
void push(int num) {
if (queSize == queCapacity) {
cout << "큐가 가득 찼다" << endl;
return;
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
int rear = (front + queSize) % queCapacity;
// num을 맨 뒤에 추가한다
nums[rear] = num;
queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
int pop() {
int num = peek();
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
front = (front + 1) % queCapacity;
queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
int peek() {
if (isEmpty())
throw out_of_range("큐가 비어 있다");
return nums[front];
}
/* 배열을 Vector로 변환하여 반환 */
vector<int> toVector() {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
vector<int> arr(queSize);
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
arr[i] = nums[j % queCapacity];
}
return arr;
}
};
array_queue.java
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue {
private int[] nums; // 큐의 원소를 저장하는 배열
private int front; // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
private int queSize; // 큐 길이
public ArrayQueue(int capacity) {
nums = new int[capacity];
front = queSize = 0;
}
/* 큐의 용량 반환 */
public int capacity() {
return nums.length;
}
/* 큐의 길이 반환 */
public int size() {
return queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
public boolean isEmpty() {
return queSize == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
public void push(int num) {
if (queSize == capacity()) {
System.out.println("큐가 가득 찼다");
return;
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
int rear = (front + queSize) % capacity();
// num을 맨 뒤에 추가한다
nums[rear] = num;
queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
public int pop() {
int num = peek();
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
front = (front + 1) % capacity();
queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
public int peek() {
if (isEmpty())
throw new IndexOutOfBoundsException();
return nums[front];
}
/* 배열 반환 */
public int[] toArray() {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
int[] res = new int[queSize];
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
res[i] = nums[j % capacity()];
}
return res;
}
}
array_queue.cs
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue {
int[] nums; // 큐의 원소를 저장하는 배열
int front; // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
int queSize; // 큐 길이
public ArrayQueue(int capacity) {
nums = new int[capacity];
front = queSize = 0;
}
/* 큐의 용량 반환 */
int Capacity() {
return nums.Length;
}
/* 큐의 길이 반환 */
public int Size() {
return queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
public bool IsEmpty() {
return queSize == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
public void Push(int num) {
if (queSize == Capacity()) {
Console.WriteLine("큐가 가득 찼다");
return;
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
int rear = (front + queSize) % Capacity();
// num을 맨 뒤에 추가한다
nums[rear] = num;
queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
public int Pop() {
int num = Peek();
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
front = (front + 1) % Capacity();
queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
public int Peek() {
if (IsEmpty())
throw new Exception();
return nums[front];
}
/* 배열 반환 */
public int[] ToArray() {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
int[] res = new int[queSize];
for (int i = 0, j = front; i < queSize; i++, j++) {
res[i] = nums[j % this.Capacity()];
}
return res;
}
}
array_queue.go
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
type arrayQueue struct {
nums []int // 큐의 원소를 저장하는 배열
front int // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
queSize int // 큐 길이
queCapacity int // 큐 용량(저장할 수 있는 최대 원소 개수)
}
/* 큐 초기화 */
func newArrayQueue(queCapacity int) *arrayQueue {
return &arrayQueue{
nums: make([]int, queCapacity),
queCapacity: queCapacity,
front: 0,
queSize: 0,
}
}
/* 큐의 길이 반환 */
func (q *arrayQueue) size() int {
return q.queSize
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
func (q *arrayQueue) isEmpty() bool {
return q.queSize == 0
}
/* 큐에 삽입 */
func (q *arrayQueue) push(num int) {
// rear == queCapacity이면 큐가 가득 찼음을 나타낸다
if q.queSize == q.queCapacity {
return
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
rear := (q.front + q.queSize) % q.queCapacity
// num을 맨 뒤에 추가한다
q.nums[rear] = num
q.queSize++
}
/* 큐에서 꺼내기 */
func (q *arrayQueue) pop() any {
num := q.peek()
if num == nil {
return nil
}
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
q.front = (q.front + 1) % q.queCapacity
q.queSize--
return num
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
func (q *arrayQueue) peek() any {
if q.isEmpty() {
return nil
}
return q.nums[q.front]
}
/* 출력에 사용할 Slice 반환 */
func (q *arrayQueue) toSlice() []int {
rear := (q.front + q.queSize)
if rear >= q.queCapacity {
rear %= q.queCapacity
return append(q.nums[q.front:], q.nums[:rear]...)
}
return q.nums[q.front:rear]
}
array_queue.swift
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue {
private var nums: [Int] // 큐의 원소를 저장하는 배열
private var front: Int // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
private var _size: Int // 큐 길이
init(capacity: Int) {
// 배열 초기화
nums = Array(repeating: 0, count: capacity)
front = 0
_size = 0
}
/* 큐의 용량 반환 */
func capacity() -> Int {
nums.count
}
/* 큐의 길이 반환 */
func size() -> Int {
_size
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
func isEmpty() -> Bool {
size() == 0
}
/* 큐에 삽입 */
func push(num: Int) {
if size() == capacity() {
print("큐가 가득 찼다")
return
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
let rear = (front + size()) % capacity()
// num을 맨 뒤에 추가한다
nums[rear] = num
_size += 1
}
/* 큐에서 꺼내기 */
@discardableResult
func pop() -> Int {
let num = peek()
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
front = (front + 1) % capacity()
_size -= 1
return num
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
func peek() -> Int {
if isEmpty() {
fatalError("큐가 비어 있다")
}
return nums[front]
}
/* 배열 반환 */
func toArray() -> [Int] {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
(front ..< front + size()).map { nums[$0 % capacity()] }
}
}
array_queue.js
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue {
#nums; // 큐의 원소를 저장하는 배열
#front = 0; // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
#queSize = 0; // 큐 길이
constructor(capacity) {
this.#nums = new Array(capacity);
}
/* 큐의 용량 반환 */
get capacity() {
return this.#nums.length;
}
/* 큐의 길이 반환 */
get size() {
return this.#queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
isEmpty() {
return this.#queSize === 0;
}
/* 큐에 삽입 */
push(num) {
if (this.size === this.capacity) {
console.log('큐가 가득 찼다');
return;
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
const rear = (this.#front + this.size) % this.capacity;
// num을 맨 뒤에 추가한다
this.#nums[rear] = num;
this.#queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
pop() {
const num = this.peek();
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
this.#front = (this.#front + 1) % this.capacity;
this.#queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
peek() {
if (this.isEmpty()) throw new Error('큐가 비어 있다');
return this.#nums[this.#front];
}
/* Array를 반환한다 */
toArray() {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
const arr = new Array(this.size);
for (let i = 0, j = this.#front; i < this.size; i++, j++) {
arr[i] = this.#nums[j % this.capacity];
}
return arr;
}
}
array_queue.ts
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue {
private nums: number[]; // 큐의 원소를 저장하는 배열
private front: number; // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
private queSize: number; // 큐 길이
constructor(capacity: number) {
this.nums = new Array(capacity);
this.front = this.queSize = 0;
}
/* 큐의 용량 반환 */
get capacity(): number {
return this.nums.length;
}
/* 큐의 길이 반환 */
get size(): number {
return this.queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
isEmpty(): boolean {
return this.queSize === 0;
}
/* 큐에 삽입 */
push(num: number): void {
if (this.size === this.capacity) {
console.log('큐가 가득 찼다');
return;
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
const rear = (this.front + this.queSize) % this.capacity;
// num을 맨 뒤에 추가한다
this.nums[rear] = num;
this.queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
pop(): number {
const num = this.peek();
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
this.front = (this.front + 1) % this.capacity;
this.queSize--;
return num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
peek(): number {
if (this.isEmpty()) throw new Error('큐가 비어 있다');
return this.nums[this.front];
}
/* Array를 반환한다 */
toArray(): number[] {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
const arr = new Array(this.size);
for (let i = 0, j = this.front; i < this.size; i++, j++) {
arr[i] = this.nums[j % this.capacity];
}
return arr;
}
}
array_queue.dart
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue {
late List<int> _nums; // 큐의 원소를 저장하는 배열
late int _front; // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
late int _queSize; // 큐 길이
ArrayQueue(int capacity) {
_nums = List.filled(capacity, 0);
_front = _queSize = 0;
}
/* 큐의 용량 반환 */
int capaCity() {
return _nums.length;
}
/* 큐의 길이 반환 */
int size() {
return _queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
bool isEmpty() {
return _queSize == 0;
}
/* 큐에 삽입 */
void push(int _num) {
if (_queSize == capaCity()) {
throw Exception("큐가 가득 찼다");
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
int rear = (_front + _queSize) % capaCity();
// _num을 맨 뒤에 추가한다
_nums[rear] = _num;
_queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
int pop() {
int _num = peek();
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
_front = (_front + 1) % capaCity();
_queSize--;
return _num;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
int peek() {
if (isEmpty()) {
throw Exception("큐가 비어 있다");
}
return _nums[_front];
}
/* Array를 반환한다 */
List<int> toArray() {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
final List<int> res = List.filled(_queSize, 0);
for (int i = 0, j = _front; i < _queSize; i++, j++) {
res[i] = _nums[j % capaCity()];
}
return res;
}
}
array_queue.rs
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
struct ArrayQueue<T> {
nums: Vec<T>, // 큐의 원소를 저장하는 배열
front: i32, // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
que_size: i32, // 큐 길이
que_capacity: i32, // 큐 용량
}
impl<T: Copy + Default> ArrayQueue<T> {
/* 생성자 */
fn new(capacity: i32) -> ArrayQueue<T> {
ArrayQueue {
nums: vec![T::default(); capacity as usize],
front: 0,
que_size: 0,
que_capacity: capacity,
}
}
/* 큐의 용량 반환 */
fn capacity(&self) -> i32 {
self.que_capacity
}
/* 큐의 길이 반환 */
fn size(&self) -> i32 {
self.que_size
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
fn is_empty(&self) -> bool {
self.que_size == 0
}
/* 큐에 삽입 */
fn push(&mut self, num: T) {
if self.que_size == self.capacity() {
println!("큐가 가득 찼다");
return;
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
let rear = (self.front + self.que_size) % self.que_capacity;
// num을 맨 뒤에 추가한다
self.nums[rear as usize] = num;
self.que_size += 1;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
fn pop(&mut self) -> T {
let num = self.peek();
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
self.front = (self.front + 1) % self.que_capacity;
self.que_size -= 1;
num
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
fn peek(&self) -> T {
if self.is_empty() {
panic!("인덱스가 범위를 벗어났다");
}
self.nums[self.front as usize]
}
/* 배열 반환 */
fn to_vector(&self) -> Vec<T> {
let cap = self.que_capacity;
let mut j = self.front;
let mut arr = vec![T::default(); cap as usize];
for i in 0..self.que_size {
arr[i as usize] = self.nums[(j % cap) as usize];
j += 1;
}
arr
}
}
array_queue.c
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
typedef struct {
int *nums; // 큐의 원소를 저장하는 배열
int front; // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
int queSize; // 현재 큐의 원소 개수
int queCapacity; // 큐 용량
} ArrayQueue;
/* 생성자 */
ArrayQueue *newArrayQueue(int capacity) {
ArrayQueue *queue = (ArrayQueue *)malloc(sizeof(ArrayQueue));
// 배열 초기화
queue->queCapacity = capacity;
queue->nums = (int *)malloc(sizeof(int) * queue->queCapacity);
queue->front = queue->queSize = 0;
return queue;
}
/* 소멸자 */
void delArrayQueue(ArrayQueue *queue) {
free(queue->nums);
free(queue);
}
/* 큐의 용량 반환 */
int capacity(ArrayQueue *queue) {
return queue->queCapacity;
}
/* 큐의 길이 반환 */
int size(ArrayQueue *queue) {
return queue->queSize;
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
bool empty(ArrayQueue *queue) {
return queue->queSize == 0;
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
int peek(ArrayQueue *queue) {
assert(size(queue) != 0);
return queue->nums[queue->front];
}
/* 큐에 삽입 */
void push(ArrayQueue *queue, int num) {
if (size(queue) == capacity(queue)) {
printf("큐가 가득 찼다\r\n");
return;
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
int rear = (queue->front + queue->queSize) % queue->queCapacity;
// num을 맨 뒤에 추가한다
queue->nums[rear] = num;
queue->queSize++;
}
/* 큐에서 꺼내기 */
int pop(ArrayQueue *queue) {
int num = peek(queue);
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
queue->front = (queue->front + 1) % queue->queCapacity;
queue->queSize--;
return num;
}
/* 출력에 사용할 배열 반환 */
int *toArray(ArrayQueue *queue, int *queSize) {
*queSize = queue->queSize;
int *res = (int *)calloc(queue->queSize, sizeof(int));
int j = queue->front;
for (int i = 0; i < queue->queSize; i++) {
res[i] = queue->nums[j % queue->queCapacity];
j++;
}
return res;
}
array_queue.kt
/* 원형 배열로 구현한 큐 */
class ArrayQueue(capacity: Int) {
private val nums: IntArray = IntArray(capacity) // 큐의 원소를 저장하는 배열
private var front: Int = 0 // 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
private var queSize: Int = 0 // 큐 길이
/* 큐의 용량 반환 */
fun capacity(): Int {
return nums.size
}
/* 큐의 길이 반환 */
fun size(): Int {
return queSize
}
/* 큐가 비어 있는지 판단 */
fun isEmpty(): Boolean {
return queSize == 0
}
/* 큐에 삽입 */
fun push(num: Int) {
if (queSize == capacity()) {
println("큐가 가득 찼다")
return
}
// 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
// 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
val rear = (front + queSize) % capacity()
// num을 맨 뒤에 추가한다
nums[rear] = num
queSize++
}
/* 큐에서 꺼내기 */
fun pop(): Int {
val num = peek()
// 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
front = (front + 1) % capacity()
queSize--
return num
}
/* 맨 앞 원소 접근 */
fun peek(): Int {
if (isEmpty()) throw IndexOutOfBoundsException()
return nums[front]
}
/* 배열 반환 */
fun toArray(): IntArray {
// 유효한 길이 범위 안의 리스트 원소만 변환한다
val res = IntArray(queSize)
var i = 0
var j = front
while (i < queSize) {
res[i] = nums[j % capacity()]
i++
j++
}
return res
}
}
array_queue.rb
### 원형 배열로 구현한 큐 ###
class ArrayQueue
### 큐의 길이 반환 ###
attr_reader :size
### 생성자 ###
def initialize(size)
@nums = Array.new(size, 0) # 큐의 원소를 저장하는 배열
@front = 0 # 맨 앞 원소를 가리키는 맨 앞 포인터
@size = 0 # 큐 길이
end
### 큐의 용량 반환 ###
def capacity
@nums.length
end
### 큐가 비어 있는지 판단 ###
def is_empty?
size.zero?
end
### 큐에 삽입 ###
def push(num)
raise IndexError, '큐가 가득 찼다' if size == capacity
# 맨 뒤 인덱스 + 1을 가리키는 맨 뒤 포인터를 계산한다
# 나머지 연산을 통해 rear가 배열의 끝을 넘어가면 처음으로 돌아오게 한다
rear = (@front + size) % capacity
# num을 맨 뒤에 추가한다
@nums[rear] = num
@size += 1
end
### 큐에서 꺼내기 ###
def pop
num = peek
# 맨 앞 포인터를 뒤로 한 칸 이동하고, 끝을 넘어가면 배열의 처음으로 돌아온다
@front = (@front + 1) % capacity
@size -= 1
num
end
### 맨 앞 원소 접근 ###
def peek
raise IndexError, '큐가 비어 있다' if is_empty?
@nums[@front]
end
### 출력에 사용할 리스트 반환 ###
def to_array
res = Array.new(size, 0)
j = @front
for i in 0...size
res[i] = @nums[j % capacity]
j += 1
end
res
end
end
코드 시각화
위 큐 구현에는 여전히 길이를 바꿀 수 없다는 한계가 있다. 하지만 배열을 동적 배열로 바꾸어 용량 확장 방식을 도입하면 쉽게 해결할 수 있다. 관심 있는 독자는 직접 구현해 보자.
두 구현의 비교 결과는 스택과 같으므로 여기서는 반복해서 설명하지 않는다.
5.2.3 큐의 대표적인 활용¶
- 타오바오 주문. 구매자가 주문하면 큐에 들어가고, 시스템은 순서대로 처리한다. 광군제 기간에는 짧은 시간에 엄청난 주문이 몰리므로 높은 동시성을 처리하는 일이 엔지니어들의 핵심 과제가 된다.
- 여러 종류의 대기 작업. 프린터 작업 대기열, 식당 음식 제공 대기열 등 ‘먼저 온 순서’를 지켜야 하는 상황에서 큐는 처리 순서를 효과적으로 유지한다.