【C++】模拟实现queue

news2024/9/24 5:28:18

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一.了解项目功能

📌了解queue官方标准

       在本次项目中我们的目标是模拟实现一个queue,先一起看一下C++标准文档中queue的定义:cplusplus : C++ queue标准文档https://legacy.cplusplus.com/reference/queue/queue/

        总结一下:

队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。
队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列，从队头出队列。
底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下操作:
        empty：检测队列是否为空
        size：返回队列中有效元素的个数
        front：返回队头元素的引用
        back：返回队尾元素的引用
        push_back：在队列尾部入队列
        pop_front：在队列头部出队列
标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。

更多有关数据结构——队列相关的基础知识可以移步:【数据结构】什么是队列https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/134608979文章目录如下:

📌了解模拟实现queue

        在本次项目中我们的目标是实现一个queue容器适配器:

        该queue容器适配器底层可以使用vector或list来实现,但是使用vector来实现一个队列进行头删效率是非常低的,所以我们从底层上否定了vector作为queue底层的可能,只使用list或deque来实现queue.我们可以借助模板来一次性实现既可以使用链式底层的队列,又可以实现deque底层的队列:

        queue提供的功能有:

push()
pop()
front()
back()
size()
empty()

二.逐步实现项目功能模块及其逻辑详解

通过第一部分对项目功能的介绍，我们已经对queue的功能有了大致的了解，虽然看似需要实现的功能很多，貌似一时间不知该如何下手，但我们可以分步分模块来分析这个项目的流程，最后再将各部分进行整合，所以大家不用担心，跟着我一步一步分析吧！

！！！注意，该部分的代码只是为了详细介绍某一部分的项目实现逻辑，故可能会删减一些与该部分不相关的代码以便大家理解，需要查看或拷贝完整详细代码的朋友可以移步本文第四部分。

📌实现queue成员变量

因为queue的底层是用deque或list来实现的,所以我们只需要定义一个deque或list成员变量即可.但因为我们选择将queue写成类模板,所以这里成员变量的类型是模板类型.

其实可以理解为queue的底层就是一个deque或list,但我们通过类的特性,对deque或list进行进一步的封装,使其行为符合queue的行为,就完成了一个queue类.

该部分功能实现代码如下:

namespace mfc
{
	//容器适配器
	template<class T, class Container = list<T>>//队列底层是拿什么实现的(list和deque)
	//模板也可以给缺省参数
	class queue
	{
	public:
        //成员函数:
	
	private:
        //成员变量:
		Container _con;

	};
}

📌实现push()函数

queue的push()就是在容器尾部插入一个元素,因为底层的deque或list都实现有尾插函数push_back(),所以我们直接调用就可以,代码如下:

void push(const T& x)
{
	_con.push_back(x);
}

📌实现pop()函数

queue的pop()函数就是在容器头部删除一个元素,同样deque和list有实现pop_front()函数,我们直接调用即可,代码如下:

void pop()
{
	//这句可以适配vector,但是vector头删效率很低,我们还是不支持vector底层的queue了
	//_con.erase(_con.begin());

	_con.pop_front();//这句只有list有接口
}

📌实现front()函数

queue的front()函数就是获取容器头部的元素,deque和list都有实现front()函数,我们可以直接调用,代码如下:

T& front()
{
	return _con.front();
}

📌实现back()函数

queue的back()函数就是获取容器尾部的元素,deque和list都有实现back()函数,我们可以直接调用,代码如下:

T& back()
{
	return _con.back();
}

📌实现size()函数

queue()的size()函数同样可以直接调用底层容器的size()函数,代码如下:

size_t size()
{
	return _con.size();
}

📌实现empty()函数

queue()的empty()函数同样可以直接调用底层容器的empty()函数,代码如下:

bool empty()
{
	return _con.empty();
}

四.项目完整代码

因为模板定义和声明不能分离,所以我们将程序运行的代码分别在两个工程文件中编辑,完整代码如下:

test.cpp文件

#include<iostream>
#include<list>
#include<vector>

using namespace std;
#include"Queue.h"

int main()
{
	mfc::test_queue();
	return 0;
}

Queue.h文件

#pragma once

namespace mfc
{
	//容器适配器
	template<class T, class Container = list<T>>//队列底层是拿什么实现的(deque和liqu)
	//模板也可以给缺省参数
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}

		void pop()
		{
			//这句可以适配vector,但是vector头删效率很低,我们还是不这样用了
			//_con.erase(_con.begin());
			_con.pop_front();
		}

		T& front()
		{
			return _con.front();
		}
		T& back()
		{
			return _con.back();
		}

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}

	private:
		Container _con;

	};
	void test_queue()
	{
		queue<int> qu1;//不传参数默认是list底层
		qu1.push(1);
		qu1.push(2);
		qu1.push(3);
		qu1.push(4);
		while (!qu1.empty())
		{
			cout << qu1.front() << " ";
			qu1.pop();
		}
		cout << endl;

		queue<int, deque<int>> qu2;
		qu2.push(1);
		qu2.push(2);
		qu2.push(3);
		qu2.push(4);
		while (!qu2.empty())
		{
			cout << qu2.front() << " ";
			qu2.pop();
		}
		cout << endl;
	}
}

测试效果:

结语

希望这篇queue的模拟实现详解能对大家有所帮助,欢迎大佬们留言或私信与我交流.

学海漫浩浩,我亦苦作舟!关注我,大家一起学习,一起进步!

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