C++数据结构之：队Queue

news2024/11/16 11:36:26

摘要：

it人员无论是使用哪种高级语言开发东东，想要更高效有层次的开发程序的话都躲不开三件套：数据结构，算法和设计模式。数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合，即带“结构”的数据元素的集合，“结构”就是指数据元素之间存在的关系，分为逻辑结构和存储结构。

此系列专注讲解数据结构数组、链表、队列、栈、树、哈希表、图，通过介绍概念以及提及一些可能适用的场景，并以C++代码简易实现，多方面认识数据结构，最后为避免重复造轮子会浅提对应的STL容器。本文介绍的是队Queue。

（开发环境：VScode，C++17）

关键词： C++，数据结构，队列，Queue

声明：本文作者原创，转载请附上文章出处与本文链接。

文章目录

- - 摘要：
  - 正文：
  - - 介绍：
    - - 特性：
      - 应用：
    - 代码实现：
    - 对应STL：
  - 推荐阅读

正文：

介绍：

队列（Queue）是一种常见的数据结构，它遵循先入先出（FIFO，First In First Out）的原则。队列中的元素按照它们进入队列的顺序排列，并且只有队首的元素可以被删除，队尾的元素可以被添加。

在这里插入图片描述

队列也有两种存储表示方法：顺序存储（用数组实现）和链式存储（用链表实现），顺序存储常见的就是环形队列，初始化时必须指定队列容量大小；普通队列则基于链表。

特性：

先进先出：队列的基本操作是遵循FIFO（先进先出）原则的。这意味着最早添加到队列中的元素将是最早被移除的。这种特性使得队列在处理需要按顺序处理的元素时非常有用，比如任务调度、打印作业等。
受限的访问：队列只允许在两端进行操作。在队列的一端（称为“队尾”或“后端”）添加元素，而在另一端（称为“队头”或“前端”）移除元素。这种特性确保了队列中的元素按照它们被添加的顺序进行处理。

应用：

队列在多种场景中都有应用，包括：

任务调度：在计算机系统中，多个任务可能同时请求CPU资源。使用队列可以确保任务按照它们到达的顺序得到处理。
打印机作业队列：当一个用户提交一个打印作业时，它会被添加到打印队列中。打印机按照作业进入队列的顺序打印它们。
网络数据包处理：在网络通信中，接收到的数据包需要按照它们到达的顺序进行处理。队列可以帮助管理这些数据包，确保它们按照正确的顺序被处理。
图形界面事件处理：在图形用户界面（GUI）中，用户事件（如鼠标点击或键盘输入）被添加到事件队列中。事件处理程序按照事件进入队列的顺序处理它们。

代码实现：

#cqueue.h
#ifndef CQUEUE_H
#define CQUEUE_H
#include <iostream>
using namespace std;

// 队链节点
template<class T>
class CQueueNode
{
public:
    CQueueNode(T t) :data(t), next(NULL) {}
    ~CQueueNode() { next = NULL; }
    CQueueNode(const CQueueNode& node)
    {
        if (this == &node){
            return;
        }
        *this = node;
    }
    CQueueNode& operator=(const CQueueNode& node)
    {
        if (this == &node){
            return *this;
        }
        this->data = node.data;
        this->next = node.next;
        return *this;
    }

public:
    T data;
    CQueueNode *next;
};

// 普通队列实现，基于链表
template<class T>
class CQueue
{
public:
    CQueue() :head(NULL), tail(NULL), node(NULL), m_iSize(0) {}
    ~CQueue()
    {
        delete head;head = NULL;
        delete tail;tail = NULL;
        delete node;node = NULL;
    }

    int size();                     // 获取队内成员个数 
    bool empty();                   // 判断是否为空队列
    void push(T t);                 // 队尾入队
    T pop();                        // 队首出队
    T front();                      // 返回队首
    T back();                       // 返回队尾
    void traverse();                // 打印整个队列

private:
    CQueueNode<T>* head;
    CQueueNode<T>* tail;
    CQueueNode<T>* node;
    int m_iSize;
};

template<class T>
int CQueue<T>::size()
{
    return m_iSize;
}

template<class T>
bool CQueue<T>::empty()
{
    return 0 == m_iSize;
}

template<class T>
void CQueue<T>::push(T t)
{
    node = new CQueueNode<T>(t);
    if (head == NULL){
        head = tail = node;
    }
    else{
        tail->next = node;
        tail = node;
    }
    m_iSize++;
}

template<class T>
T CQueue<T>::pop()
{
    if (empty()){
        throw "empty queue.";
    }
    node = head;
    head = head->next;
    m_iSize--;
    return node->data;
}

template<class T>
T CQueue<T>::front()
{
    if (empty()){
        throw "empty queue.";
    }
    return head->data;
}

template<class T>
T CQueue<T>::back()
{
    if (empty()){
        throw "empty queue.";
    }
    return tail->data;
}

template<class T>
void CQueue<T>::traverse()
{
    CQueueNode<T> *node = head;
    while (node != NULL){
        cout << node->data << " ";
        node = node->next;
    }
    cout << endl;
}

#endif // !CQUEUE_H

#cqueue.cpp
#include "cqueue.h"
using namespace std;

int main(int argc, char**argv)
{
  CQueue<char> queue;
  queue.push('h');
  queue.push('e');
  queue.push('l');
  queue.push('l');
  queue.push('o');
  queue.push(' ');
  queue.push('w');
  queue.push('o');
  queue.push('r');
  queue.push('l');
  queue.push('d');
  queue.traverse();
  cout << queue.front() << endl;
  cout << queue.back() << endl;
  char c = queue.pop();
  cout << c << endl;
  queue.traverse();
  return 0;
}