JavaScriptでキュークラスを実装する方法

キューとは

キュー(Queue)は、先入れ先出し(FIFO: First In, First Out)の原則に従うデータ構造です。最初に追加した要素が最初に取り出されるという特性を持つため、タスクの待ち行列や処理の順番管理など、さまざまな場面で活用されています。

以下は、JavaScriptで実装したQueueクラスの完全なコードです。

Queueクラスの完全な実装

class Queue {
    constructor(maxSize) {
       // サイズが指定されていない場合はデフォルト値を設定
       if (isNaN(maxSize)) {
          maxSize = 10;
       }
       this.maxSize = maxSize;
       // キューの値を格納する配列を初期化
       this.container = [];
    }
    // 開発中にすべての値を表示するためのヘルパー関数
    display() {
       console.log(this.container);
    }
    // キューが空かどうかをチェック
    isEmpty() {
       return this.container.length === 0;
    }
    // キューが満杯かどうかをチェック
    isFull() {
       return this.container.length >= this.maxSize;
    }
    enqueue(element) {
       // キューが満杯かどうかをチェック
       if (this.isFull()) {
          console.log("Queue Overflow!"); return;
       }
       // 末尾に要素を追加するため、pushを使用
       this.container.push(element);
    }
    dequeue() {
       // 空かどうかをチェック
       if (this.isEmpty()) {
          console.log("Queue Underflow!");
          return;
       }
       return this.container.shift();
    }
    peek() {
       if (this.isEmpty()) {
          console.log("Queue Underflow!");
          return;
       }
       return this.container[0];
    }
    clear() {
       this.container = [];
    }
}

各メソッドの解説

constructor(maxSize) ― コンストラクタ

キューの最大サイズを指定して初期化します。引数が数値でない場合(NaNの場合)は、デフォルト値として10が設定されます。キューの実体は、内部の配列containerで管理されます。

display()

開発中にキューの中身を確認するためのヘルパー関数です。console.log()ですべての要素を出力します。

isEmpty()

キューが空かどうかを判定します。要素数が0のときにtrueを返します。

isFull()

キューが満杯かどうかを判定します。要素数が最大サイズ(maxSize)以上のときにtrueを返します。

enqueue(element)

キューの末尾に新しい要素を追加します。追加前にisFull()で満杯チェックを行い、満杯の場合はコンソールに「Queue Overflow!」と表示して処理を中断します。空きがあればpush()で要素を末尾に追加します。

dequeue()

キューの先頭から要素を取り出し、削除します。キューが空の場合は「Queue Underflow!」と表示します。要素の取り出しにはshift()を使用しています。

peek()

キューの先頭の要素を、削除せずに参照します。先頭の要素は配列のインデックス0に格納されているため、this.container[0]で取得できます。

clear()

キュー内のすべての要素を削除し、空の状態に戻します。

使用例

const queue = new Queue(5);
queue.enqueue(1);
queue.enqueue(2);
queue.enqueue(3);
queue.display();           // [1, 2, 3]
console.log(queue.dequeue()); // 1
console.log(queue.peek());    // 2
queue.clear();
console.log(queue.isEmpty()); // true

パフォーマンスに関する注意点

shift()は配列の先頭要素を削除する際、残りのすべての要素を前方にずらす必要があるため、計算量はO(n)になります。大量のデータを扱う場合は、連結リスト(LinkedList)や循環バッファを使った実装を検討すると、より高いパフォーマンスが期待できます。