C# - 덮어쓰기 가능한 환형 큐 (Circular queue)

간혹, 환형 큐인데 최대 크기를 채운 경우 마지막에 추가했던 값을 덮어쓰는 식의 동작이 필요한 경우가 있습니다.

이를 위해, List<T> 등을 기반으로 구현하면 편리하긴 한데 내부적으로 Append, Delete(0)을 하는 과정에 자꾸만 배열 복사가 발생할 수 있기 때문에 GC를 괴롭히게 된다는 단점이 있습니다.

따라서, 어차피 환형 큐이고 덮어쓰기를 허용한다면 연속적인 배열로 처리하는 것이 좋은데요, 여기서 유의할 점은 적절한 head/tail의 index 위치에 대한 연산입니다. 물론, 이미 그런 연산을 잘 해주는 코드는 검색만 하면 나오기 때문에, ^^

C# program to implement circular queue using array
; https://www.includehelp.com/dot-net/implement-circular-queue-using-array-using-c-sharp-program.aspx

public class CircularQueue<T>
{
    private T[] _elements;
    private int _front;
    private int _rear;
    private int _max;
    private int _count;

    public int Count => _count;
    public int Size => _max;

    public CircularQueue(int size)
    {
        _elements = new T[size];
        _front = 0;
        _rear = -1;
        _max = size;
        _count = 0;
    }

    public T PeekHead()
    {
        if (_count == 0)
        {
            return default(T);
        }

        return _elements[_rear];
    }

    public T PeekTail()
    {
        if (_count == 0)
        {
            return default(T);
        }

        return _elements[_front];
    }


    public void Enqueue(T item)
    {
        if (_count == _max)
        {
            Dequeue();
        }

        _rear = (_rear + 1) % _max;
        _elements[_rear] = item;

        _count++;
    }

    public T Dequeue()
    {
        if (_count == 0)
        {
            return default(T);
        }
        else
        {
            T elem = _elements[_front];

            _front = (_front + 1) % _max;
            _count--;

            return elem;
        }
    }

    public T[] GetElements(bool reverse = false)
    {
        T[] values = new T[_count];
        CopyTo(values, reverse);
        return values;
    }

    public void CopyTo(T[] targetArray, bool reverse = false)
    {
        int targetPos = 0;

        int j = 0;
        for (int i = _front; j < _count;)
        {
            targetArray[targetPos++] = _elements[i];
            i = (i + 1) % _max;
            j++;
        }

        if (reverse)
        {
            Array.Reverse(targetArray);
        }
    }

    public override string ToString()
    {
        if (_count == 0)
        {
            return string.Empty;
        }

        T[] values = GetElements();
        return string.Join(",", values);
    }
}

using System.Diagnostics;
using System.Linq;

namespace ConsoleApp2
{
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            CircularQueue<int?> cq = new CircularQueue<int?>(3);

            {
                Debug.Assert(cq.Capacity == 3);
                Debug.Assert(cq.PeekHead() == null);
                Debug.Assert(cq.PeekTail() == null);
                Debug.Assert(cq.Count == 0);
                Debug.Assert(Enumerable.SequenceEqual(cq.GetElements(), []));
                Debug.Assert(cq.Dequeue() == null);
            }

            {
                cq.Enqueue(0);
                Debug.Assert(cq.PeekHead() == 0);
                Debug.Assert(cq.PeekTail() == 0);
                Debug.Assert(cq.ToString() == "0");
            }

            {
                cq.Enqueue(1);
                cq.Enqueue(2);
                cq.Enqueue(3);
                cq.Enqueue(4);
                Debug.Assert(cq.PeekHead() == 4);
                Debug.Assert(cq.PeekTail() == 2);
                Debug.Assert(cq.ToString() == "2,3,4");
            }

            {
                int? elem = cq.Dequeue();
                Debug.Assert(elem == 2);
            }

            {
                cq.Enqueue(5);

                int?[] values = new int?[cq.Count];
                cq.CopyTo(values, reverse: true);
                Debug.Assert(Enumerable.SequenceEqual(values, [5, 4, 3]));
            }

            {
                cq.Enqueue(6);
                int?[] values = cq.GetElements();
                Debug.Assert(Enumerable.SequenceEqual(values, [4, 5, 6]));
            }
        }
    }
}