Fronta a zásobník

Fronta i zásobník jsou 2 principiálně velmi podobné způsoby dočasného uložení dat v rámci programu. Používají se v případech, kdy je třeba postupně projít všechny prvky dat, a to právě jednou.

Základní funkce

push(objekt) – vkládá nová data do řady

pop() nebo také pull() – získá data, která jsou právě na řadě

Fronta (queue)

Funguje na principu FIFO (first in first out), to znamená, že si frontu můžeme představit třeba jako frontu na úřadu práce. Lidé (data) se řadí po příchodu do fronty a ve stejném pořadí se i dostanou na řadu (data jsou tedy dříve vrácena).

Jsou potřeba dva ukazatele: front (zde jsou odebírána data) a rear (zde jsou data vkládána)

Metody Implementace

Pomocí statického pole

Existují dva způsoby statické implementace – klasická a cyklická frotna:

U obou variant začínáme tím, že si vytvoříme danou frontu jako pole. V rámci funkce push(objekt) pak postupně vkládáme data do pole pomocí ukazatele rear a funkcí pop() získáváme data pomocí ukazatele front. Nyní se dva zmíněné způsoby implementace začínají lišit:

klasická fronta : Při volání funkce pop() získáme data, snížíme hodnotu rear ukazatele a všechny položky posuneme o jedno dopředu.

zde ukázka klasické varianty statické implementace fronty v jazyce Java:

V rámci konstruktoru vkládáme do fronty čísla 7 a 8 a text „nine“, když poté čtyřikrát voláme funkci pop() – zde metoda deQueue() a necháváme vypsat její výstup, finální výstup vypadá takto:

cyklická fronta : Při volání funkce pop() opět získáme data, ale tentokrát hodnotu rear ukazatele ponecháváme a naopak se zvyšuje hodnota ukazatele front. Celá fronza je navíc skutečně cyklická, takže v situaci kdy se uvolní prostor z původního „začátku“ fronty, může být znova zaplňen na jejím konci.

viz. diagram:

Nevýhodou statické implementace je, že jsme omezeni velikostí námi vytvořeného pole. Výhodou zase naopak je, že za všech okolností víme, kolik máme na data místa.

Pomocí ukazatelů

Metodu řešení pomocí ukazatelů můžeme vidět na níže uvedeném diagramu. Výhoda tohoto řešení je zároveň i jeho nevýhodou – jsme už sice schopni přidávat do fronty příspěvky až do konce paměti, zároveň ale (při špatné implementaci) může dojít k přehlcení nebo až přetečení paměti, což může vést k nestabilitě systému.

Zde můžeme vidět implementaci pomocí ukazatelů v jazyce Java a to konkrétně s využitím kolekce LinkedList. Všimněme si též těla metody deQueue(), kde musíme zachytávat vyjímku chybějícího ukazatele, je-li fronta prázdná.

Zásobník (stack)

Funguje na principu LIFO (last in first out), to znamená, že funguje stejně jako zásobník v samopalu. Při nabíjení samopalu (vkládání dat) skládáme vždy náboje na spodek zásobníku a vršíme je na sebe, při výstřelu (výběru dat) se náboje berou svrchu – poslední vložený je tedy vystřelen jako první.

Metody Implementace

Pomocí statického pole

Řešení zásobníku pomocí statického pole je stejné jako u fronty, jediný rozdíl je v tom, že si v další proměnné musíme držet index posledních vložených dat a při zavolání funkce pop() vezmeme data z indexu posledních vložených data a index snížíme o jedna.

Výhody a nevýhody jsou stejné jako u fronty.

Pomocí ukazatelů

Řešení pomocí ukazatelů je také podobné jako u fronty (viz diagram níže).

Výhody a nevýhodu jsou opět naprosto stejné jako u fronty.