C# 中的栈、队列和优先级队列

Stack`List`Queue和PriorityQueue`Data` 是 C# 中用于高效存储、组织和管理数据的基本数据结构。
它们不仅有助于解决算法难题，而且在实际应用中也极其重要，例如在不同的工作流中进行搜索、任务排序、数据插入、删除和更新等操作。
本文将介绍每种数据结构的主要特性，解释其工作原理，并展示实际应用场景，以帮助读者加深记忆和理解。
那么，让我们开始探讨 C# 中的这些重要数据结构吧。

堆

AStack代表一个后进先出 ( LIFO
) 集合。 这意味着最后添加的元素将最先被移除。

构造函数

核心运营

实用方法

例子

    Stack stack = new();

    stack.Push("First");

    stack.Push("Second");

    stack.Push("Third");

    Console.WriteLine("Top of the stack: " + stack.Peek());

    Console.WriteLine("Removing items:");

    while (stack.Count > 0)

        Console.WriteLine(stack.Pop());

    Console.WriteLine("Stack empty? " + (stack.Count == 0));

输出

Top of the stack: ThirdRemoving items:ThirdSecondFirstStack empty? True

队列

AQueue表示一个FIFO（先进先出）集合。
第一个插入的元素也是第一个被移除的元素。

构造函数

核心运营

实用方法

代码：

Queue queue = new();queue.Enqueue("First");queue.Enqueue("Second");queue.Enqueue("Third");Console.WriteLine("Front of the queue: " + queue.Peek());Console.WriteLine("Processing queue:");while (queue.Count > 0)

    Console.WriteLine(queue.Dequeue());Console.WriteLine("Queue empty? " + (queue.Count == 0));

输出

Front of the queue: FirstProcessing queue:FirstSecondThirdQueue empty? True

优先级队列

APriorityQueue类似于队列，不同之处在于元素移除基于优先级而非插入顺序。
默认情况下，它的行为类似于最小堆（优先级值越低，优先级越高）。

类型：

PriorityQueue

• TElement→ 你存储的值

• TPriority→ 决定处理顺序（默认情况下，数字越小优先级越高）

构造函数：

核心方法

实用方法

代码：

PriorityQueue queue = new();queue.Enqueue("Fix critical bug", 1);queue.Enqueue("Team meeting", 2);queue.Enqueue("Review PR", 3);Console.WriteLine($"Count: {queue.Count}");Console.WriteLine($"Peek: {queue.Peek()}");if (queue.TryDequeue(out string? task, out int priority))

    Console.WriteLine($"Dequeued: {task} (Priority {priority})");queue.EnqueueRange([

    ("Refactor service", 4),

    ("Write documentation", 5)]);string removed = queue.EnqueueDequeue("Urgent hotfix", 0);Console.WriteLine($"Removed during EnqueueDequeue: {removed}");Console.WriteLine("nRemaining items by priority:");while (queue.TryDequeue(out string? t, out int p))

    Console.WriteLine($"→ {t} (p={p})");queue.TrimExcess();

输出

Count: 3Peek: Fix critical bugDequeued: Fix critical bug (Priority 1)Removed during EnqueueDequeue: Urgent hotfixRemaining items by priority:→ Team meeting (p=2)→ Review PR (p=3)→ Refactor service (p=4)→ Write documentation (p=5)

将优先级队列转换为最大堆

要在优先级队列中返回最大值而不是最小值，您可以创建一个自定义比较器：

var queue = new PriorityQueue( comparer: Comparer.Create((x, y) => y.CompareTo(x)));

例子：

var queue = new PriorityQueue( comparer: Comparer.Create((x, y) => y.CompareTo(x)));queue.Enqueue("Low importance", 1);queue.Enqueue("Medium importance", 5);queue.Enqueue("High importance", 10);while (queue.TryDequeue(out string? task, out int priority))

    Console.WriteLine($"{task} (priority {priority})");

High importance (priority 10)Medium importance (priority 5)Low importance (priority 1)

栈、队列和优先级队列（快速比较）

真实案例

Stack - 撤销历史记录

在文本编辑器中输入内容时，每个操作都会被添加到历史记录栈中。
如果用户按下撤销按钮，我们会弹出最后一个操作。

var undoStack = new Stack();Type("Hello");Type("Hello World");Type("Hello World!");Undo(); // removes "Hello World!"Undo(); // removes "Hello World"return;void Undo(){

    if (undoStack.TryPop(out string? lastAction))

        Console.WriteLine($"Undo → removed: {lastAction}");}void Type(string text){

    undoStack.Push(text);

    Console.WriteLine($"Typed: {text}");}

队列 - 打印队列

打印队列（打印机按到达顺序处理作业）

var printQueue = new Queue();AddPrintJob("Report.pdf");AddPrintJob("Invoice.docx");AddPrintJob("Presentation.pptx");ProcessNextJob(); // ReportProcessNextJob(); // InvoiceProcessNextJob(); // Presentationreturn;void ProcessNextJob(){

    if (printQueue.TryDequeue(out string? job))

        Console.WriteLine($"Printing: {job}");}void AddPrintJob(string document){

    printQueue.Enqueue(document);

    Console.WriteLine($"Added: {document}");}

PriorityQueue - 医院急诊室分诊

医院急诊室分诊：
病人不是按到达顺序就诊，而是按病情严重程度就诊。

var erQueue = new PriorityQueue(

    comparer: Comparer.Create((a, b) => a.CompareTo(b)) // lower value = higher priority);erQueue.Enqueue("Head trauma", 1);erQueue.Enqueue("Broken arm", 4);erQueue.Enqueue("High fever", 3);erQueue.Enqueue("Cardiac arrest", 0);Console.WriteLine("Patients being treated:");while (erQueue.TryDequeue(out string? patient, out int severity))

    Console.WriteLine($"{patient} (severity {severity})");