一、概述

隊列（queue）: 只允許在一端進行插入 （隊尾） 操作，而在另一端 （隊頭） 進行刪除操作的線性表。
隊頭：刪除操作的一端——front
隊尾：插入操作的一端——rear

特點：先進先出（First In First Out）

其他常用隊列：循環隊列、阻塞隊列、并發隊列。

二、隊列的抽象數據類型

ADT 隊列 (Queue) Data同線性表。元素具有相同的類型，相鄰元素具有前驅和后繼關系 OpreationInitQueue(*Q): 初始化操作，建立一個空隊列Q。DestroyQueue(*Q): 若隊列Q存在，則銷毀它。ClearQueue(*Q): 將隊列Q清空。QueueEmpty(Q): 若隊列為空，返回true，否則返回false。GetHead(Q,*e): 若隊列Q存在且非空

二、C++隊列的方法

back()——返回最后一個元素；

empty()——如果隊列空則返回true，否則返回false；

front()——返回第一個元素；

pop()——從隊頭刪除第一個元素；

push()——在隊尾插入一個元素；

size()——返回隊列中元素的大小；

#include<iostream> #include<queue> using namespace std;int main() {queue<int> que;// 入隊for(int i = 0; i < 50; i++){que.push(i);}cout<<"the size of queue:"<<que.size()<<endl;while(!que.empty()){cout<<"the front element of queue:"<<que.front()<<" ";cout<<"the rear element of queue:"<<que.back()<<endl;que.pop();}cout<<"the size of queue:"<<que.size()<<endl;return 0; }

三、實現

1、順序隊列——數組實現

• 順序隊列需事先確定隊列的大小，不支持動態分配存儲空間，所以插入和刪除元素比較省時，但是會造成空間的浪費。

解決方法：循環隊列 =》解決空間浪費的問題
循環隊列的實現：

#include <iostream> using namespace std;const int MAXSIZE = 1000; typedef int ELEMTYPE; const int N = 10; typedef struct{ELEMTYPE data[MAXSIZE];int head; /*隊頭指針*/int rear; /*隊尾指針*/ }Queue;Queue Q; void initQueue(Queue &Q); void printQueue(Queue &Q); bool isQueueEmpty(Queue &Q); bool isQueueFull(Queue &Q); bool EnQueue(Queue &Q, ELEMTYPE e); bool DeQueue(Queue &Q, ELEMTYPE &e);int main() {for(int i = 0; i < N; i++){EnQueue(Q, i);}printQueue(Q);return 0; }void initQueue(Queue &Q) {Q.head = 0;Q.rear = 0; } void printQueue(Queue &Q) {ELEMTYPE e;while(!isQueueEmpty(Q)){DeQueue(Q,e);cout<<e<<" ";}cout<<endl; } bool isQueueEmpty(Queue &Q) {if(Q.head == Q.rear)return true;elsereturn false; } bool isQueueFull(Queue &Q) {if((Q.rear+1)%MAXSIZE == Q.head)return true;elsereturn false; } bool EnQueue(Queue &Q, ELEMTYPE e) {if(isQueueFull(Q))return false;Q.rear = (Q.rear+1)%MAXSIZE;Q.data[Q.rear] = e;return true; } bool DeQueue(Queue &Q, ELEMTYPE &e) {if(isQueueEmpty(Q))return false;Q.head = (Q.head+1)%MAXSIZE;e = Q.data[Q.head];return true; }

2、鏈式隊列——鏈表實現

• 可以不需要事先知道隊列的大小，支持動態和釋放空間，但是插入和刪除操作比較耗時

#include <iostream> using namespace std; struct NODE//雙向鏈表基本單元結構 {int data;NODE *next;//后繼指針NODE *pre;//前驅指針 }; class QUEUE//定義queue類封裝數據和實現 { private:NODE *front;//隊頭指針NODE *tail;//隊尾指針unsigned size; public:QUEUE();~QUEUE(){};void initialize(); //初始化void enqueue(int n); //入隊void dequeue(); //出隊int get_front(); //獲取元素void clear(); //清空隊列int get_size(); //返回元素個數bool isempty(); //判斷是否為空void display_queue(); //輸出隊列 }; QUEUE::QUEUE() {initialize(); } void QUEUE::initialize() {//初始化頭部和尾部指針front = new NODE();tail = new NODE();//將頭尾連接front->data = tail->data = 0;front->pre = tail->next = NULL;front->next = tail;tail->pre = front;size = 0; //設置元素個數為0 } void QUEUE::enqueue(int n) {//開辟新節點NODE *new_ele = new NODE();//設置數據new_ele->data = n; //將新節點插入到雙向鏈表尾部tail->pre->next = new_ele; new_ele->next = tail;new_ele->pre = tail->pre;tail->pre = new_ele;size++; //元素個數加1 } void QUEUE::dequeue() {if (isempty())//避開對空隊列的操作{cout << "queue is empty" << endl; return;}//獲取刪除將要刪除的元素指針NODE *temp = front->next;front->next = temp->next;temp->next->pre = front; delete(temp);//釋放內存size--; } int QUEUE::get_front() {if (front->next != tail)return front->next->data;elsecout << "empty queque" << endl;return -1; } void QUEUE::clear() {NODE *temp = front;//遍歷鏈表釋放所有節點內存 while(temp != tail){NODE *del_data = temp;temp = temp->next;delete(del_data);}//調用函數重新初始化initialize(); } int QUEUE::get_size() {return size; } void QUEUE::display_queue() {NODE *temp = front->next;while (temp != tail){cout << temp->data << " ";temp = temp->next;}if (isempty())cout << "queue is empty" << endl;elsecout << endl; } bool QUEUE::isempty() {return front->next == tail; } int main(int argc, char const *argv[]) {QUEUE que; /* *do somthing here */ return 0; }

3、循環隊列

• 關鍵：判斷隊列是空對還是滿隊
  • 空：head == tail
  • 滿：（tail+1）%n == head
• 當循環隊列滿隊時，tail指針指向的位置實際并沒有存儲數據。=》循環隊列會浪費一個數組的存儲空間

template<class T>class SeqQueue{protected:T *element;int front,rear;int maxSize;public:SeqQueue(int sz=10){front=rear=0;maxSize=sz;element=new T[maxSize];}~SeqQueue(){delete[] element;}bool EnQueue(const T& x){//入隊 if(isFull()) return false;element[rear]=x;rear=(rear+1)%maxSize;return true;}bool DeQueue(T& x){//出隊 if(isEmpty()) return false;x=element[front];front=(front+1)%maxSize;return true;}bool getFront(T& x){//獲取隊首元素 if(isEmpty()) return false;x=element[front];return true;}void makeEmpty(){//隊列置空 front=rear=0;}bool isEmpty()const{//判斷隊列是否為空 return (rear==front)?true:false;}bool isFull()const{//隊列是否為滿return ((rear+1)%maxSize==front)?true:false;}int getSize()const{return (rear-front+maxSize)%maxSize;}};

4、阻塞隊列

支持阻塞操作的隊列。具體來講，支持阻塞添加和阻塞移除。

阻塞添加： 當隊列滿的時候，隊列會阻塞插入插入的元素的線程，直到隊列不滿；
阻塞移除： 在隊列為空時，隊里會阻塞插入元素的線程，直到隊列不滿。

阻塞隊列常用于“生產者-消費者模型”，生產者是向隊列添加元素的線程；消費者是從隊列取元素的線程。

5、并發隊列

并發隊列就是隊列的操作多線程安全。
實現：基于數組的循環隊列，利用CAS原子操作，可以實現非常高效的并發隊列

總結

以上是生活随笔為你收集整理的五、队列（Queue）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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