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})\");