第三章：线性结构之栈和队列
栈
1.栈的定义：只允许在一端插入和删除 的线性表。 允许插入和删除的一端称为栈顶 (top)，另一端称栈底(bottom) 。
2.栈的特点：后进先出 (LIFO) 。
//栈的抽象数据类型
template <class T> //此程序放入stack.h
class Stack { //栈的类定义
public:
Stack( ){ }; //构造函数
virtual void Push(T& x) = 0; //进栈
virtual bool Pop(T& x) = 0; //出栈
virtual bool getTop(T& x)const = 0; //取栈顶
virtual bool IsEmpty( ) const= 0; //判栈空
virtual bool IsFull( ) const= 0; //判栈满
virtual int getSize( )const =0;
}； 栈
顺序栈
基于数组的存储表示
//栈的数组存储表示 — 顺序栈
#include <assert.h> //P89程序3.2
#include <iostream.h>
#include “stack.h” //P88栈的类定义
const int stackIncrement=20;
template <class T>
class SeqStack : public Stack<T> { //顺序栈类定义
private:
T *elements; //栈元素存放数组
int top; //栈顶指针
int maxSize; //栈最大容量
void overflowProcess(); //栈的溢出处理
public:
SeqStack(int sz =50); //构造函数
～SeqStack() { delete []elements; } //析构函数
void Push(const T& x);
bool Pop(T& x); //出栈
bool getTop(T& x); //取栈顶内容
bool IsEmpty() const { return top == -1; }
bool IsFull() const { return top == maxSize-1; }
int getSize( )const {return top+1 ; }
void makeEmpty( ){top=-1 ; }
};
//顺序栈的操作
template <class T>
void SeqStack<T>::overflowProcess() {
//私有函数：当栈满则执行扩充栈存储空间处理
T *newArray = new T[maxSize+stackIncrement]; //创建更大的存储数
if(newArray==NULL){cerr<<“失败”<<endl;
exit(1); }
for (int i = 0; i <= top; i++)
newArray[i] = elements[i];
maxSize += stackIncrement ;
delete [ ]elements;
elements = newArray; //改变elements指针
};
template <class T>
void SeqStack<T>::Push(const T& x) {
//若栈不满, 则将元素x插入该栈栈顶, 否则溢出处理
if (IsFull() == true) overflowProcess(); //栈满
elements[++top] = x; //栈顶指针先加1, 再进栈
};
template <class T>
bool SeqStack<T>::Pop(T& x) {
//函数退出栈顶元素并返回栈顶元素的值
if (IsEmpty() == true) return false;
x = elements[top--];//先取值，然后栈顶指针减1
return true; //退栈成功
};
template <class T>
bool SeqStack<T>::getTop(T& x) { //若栈不空则函数返回该栈栈顶元素的地址
if (IsEmpty() == true) return false;
x = elements[top];
return true;
};
双栈共享一个栈空间
两个栈共享一个数组空间V[maxSize]
设立栈顶指针数组 t[2] 和栈底指针数组 b[2]
t[i]和b[i]分别指示第 i 个栈的栈顶与栈底
初始 t[0] = b[0] = -1, t[1] = b[1] = maxSize
栈满条件：t[0]+1 == t[1] //栈顶指针相遇
栈空条件：t[0] = b[0]或t[1] = b[1] //退到栈底
链式栈
基于链表的存储表示
链式栈不需要附加头结点，因为栈是特殊的线性表，只能在栈顶（即链表头部）插入或删除，所以 不需要附加头结点。
//链式栈 (LinkedStack)类的定义
template <class T>
class LinkedStack : public Stack<T> { //链式栈类定义
private: LinkNode<T> *top; //栈顶指针
void output(ostream& os, StackNode <T> *ptr); //递归输出栈的所有元素
public:
LinkedStack( ) : top(NULL) { } //构造函数;说明链式栈无无附加头结点
~LinkedStack( ) { makeEmpty( ); } //析构函数
void Push(T x); //进栈
bool Pop(T& x); //退栈
bool getTop(T& x) const; //取栈顶
bool IsEmpty( ) const { return top == NULL; }
int getSize( )const; //求栈中元素个数
void makeEmpty(); //清空栈的内容
friend ostream& operator << (ostream& os,
LinkedStack<T>& s) { }
//输出栈元素的重载操作 <<
//书上的参数SeqStack应为LinkedStack
};
//链式栈类操作-求个数
template <class T>
int LinkedStack<T>::getSize( )const{
LinkNode<T> *p=top;
int k=0;
while(p!=NULL) {k++; p=p->link;} //p94书上的while语句里用的top应为p。
return k;
}
//链式栈类操作-置空
template <class T>
void LinkedStack<T>::makeEmpty( ) {
//逐次删去链式栈中的元素直至栈顶指针为空。
LinkNode<T> *p;
while (top != NULL) //逐个结点释放
{ p = top; top = top->link; delete p; }
};
//链式栈类操作-进栈
template <class T>
void LinkedStack<T>::Push(const T& x) {
//将元素值x插入到链式栈的栈顶,即链头。
top = new StackNode<T> (x, top);
//创建新结点//同时插入到top前面，然后top指向新 结点即新栈顶
//类似于P76InsertAfter里link=new Term(c,e,link);
assert (top != NULL); //创建失败退出
//assert断言机制，若参数条件满足继续执行否则
//出错处理，终止执行
};
//链式栈类操作-出栈
template <class T>
bool LinkedStack<T>::Pop(T& x) { //删除栈顶结点, 返回被删栈顶元素的值。
if (IsEmpty() == true) return false; //栈空返回
LinkNode<T> *p = top; //暂存栈顶元素
top = top->link; //退栈顶指针
x = p->data;
delete p; //释放结点
return true;
};
//链式栈类操作-获取栈顶元素值
template <class T> bool
LinkedStack<T>::getTop(T& x) const {
if (IsEmpty() == true) return false; //栈空返回
x = top->data; //返回栈顶元素的值
return true;
};
//链式栈类操作-输出
template <class T>
ostream& operator << (ostream& os, LinkedStack<T>& s) { //从栈顶开始逐个输出
os<<“栈中元素个数=”<<s.getSize( )<<endl;
StackNode<T> *p=s.top; //书上S.top应为s.top
int i=0;
while(p!=NULL) {
os<<++i<<“:”<<p->data<<endl;
p=p->link;}
return os;
}
//链式栈类操作-递归输出
template <class T>
void LinkedStack<T>::output(ostream& os,
StackNode<T> *ptr) {
int i=1； //递归输出栈中所有元素（沿链逆向输出）
if (ptr != NULL) {
if (ptr->link != NULL)
output(os, ptr->link, i++);
os << i << “ : ” << ptr->data << endl;
//递归结束条件ptr->link != NULL，
//输出最后一个元素，然后沿链逐个返回输出
}
};
栈的应用：括号匹配
如从左向右扫描，则每个右括号将与最近遇到的未匹配的左括号匹配。
把从左向右扫描到的左括号放入栈中，在后续扫描中遇到右括号时，就将它与栈顶的左括号 （如果存在）相匹配，同时在栈顶删除该左括号。
分析可能出现的不匹配的情况
1．到目前左括号少即：到来的是右括号而栈中无左括号在等待（栈是空的）
2．到结束右括号少。即：栈中还有左括弧没等到和它相匹配的右括弧
算法的设计思想
1)凡出现左括弧，则进栈；
2)凡出现右括弧，首先检查栈是否空若栈空，则表明“右括弧”多了，不匹配，否则“左括弧出栈”；
3）表达式检验结束时，若栈空，则匹配正确 否则说明左括弧多了,不匹配。
void PrintMatchedPairs(char* expression){
Stack<int> s(maxLength);
int j, length=strlen(expression);
for ( int i=1; i<length; i++) {
if ( expression[i-1]==‘(’ ) s.Push(i);
else if ( expression[i-1]==‘)’ ) {
if ( s.Pop(j)==true )
cout<<j<<“与”<<i<<“匹配”<<endl;
else
cout<<“没有与”<<i<<“匹配的左括号”<<endl;
}
while ( s.IsEmpty( )==false ) {
s.Pop(j);
cout <<“没有与”<<j<<“匹配的左括号”<<endl; }
}
栈的应用：表达式求值
一个表达式由操作数（亦称运算对象）、操作符（亦称运算符）和分界符组成。
算术表达式有三种表示：
中缀(infix)表示 <操作数> <操作符> <操作数>，如 A+B；
前缀(prefix)表示 <操作符> <操作数> <操作数>，如 +AB；
后缀(postfix)表示 <操作数> <操作数> <操作符>，如 AB+；
表达式
中缀表达式 a + b * ( c - d ) - e / f
后缀表达式 a b c d - * + e f / -
前缀表达式 - + a * b – c d / e f
结论
1）操作数之间的相对次序不变
2）运算符之间的的相对次序不同
3）前缀式的运算规则为：
连续出现的两个操作数和在它们之前且紧靠它们的运算符 构成一个最小表达式；
4）后缀式的运算规则为：
运算符在式中出现的顺序恰为表达式的运算顺序； 每个运算符和在它之前出现且紧靠它的两个操作数构成一个最小 表达式；
算术表达式运算规则
运算规则：
先左后右，先乘除后加减，先括弧内后括弧外 。
例如：4+2*3-10/5=4+6-10/5=10-10/5= 10-2=8
4 2 3 * + 10 5 / - = 8
实现方法讲解:
-
中缀表达式直接求值法
借助于栈：OPND栈和OPTR栈
操作数入OPND栈，算符入OPTR栈
-
中缀变后缀表达式求值：
运算符顺序变化，需存储“等待中” 的运算符
需将当前运算符与等待中最后一个运算符比较
如何从中缀表达式求得后缀式？
利用堆栈存储“等待中”的运算符实现中缀变后缀表达式,为了实现这种转换，需要考虑各操作符在栈 内和栈外的优先级
对原表达式中出现的每一个运算符是否即刻 进行运算取决于在它后面出现的运算符
如果它的优先数“高或等于”后面的运算， 则它的运算先进行，
否则就得等待在它之后出现的所有优先数高 于它的“运算”都完成之后再进行。
从原表达式求得后缀式的规则为 :
-
设立运算符栈；
-
设表达式的结束符为“#”，预设运算符栈 的栈底为“#”；
-
若当前字符是操作数，则直接发送给后缀式；
-
若当前字符为运算符且优先数高于栈顶运算 符，则进栈，否则退出栈顶运算符发送给后 缀式；
-
若当前字符是结束符，则自栈顶至栈底依次 将栈中所有运算符发送给后缀式；
注意：
一般作为相同运算符，先出现的比后出现的 优先级高；
先出现的运算符优先级低于“(”，高于“)”；
优先权相等的仅有“(”和“)”、“#”。
#：作为表达式结束符，通常在表达式之前 加一“#”使之成对，当出现“#”=“#”时，表 明表达式求值结束，“#”的优先级最低。
任意相继出现的算符θ1和θ2，都要比较优先权 关系。 一般任意两个相继出现的两个算符θ1和θ2之间 的优先关系至多有下面三种之一： θ1<θ2 θ2的优先权高于θ1 θ1=θ2 二者优先权相等 θ1>θ2 θ2的优先权低于θ1
中缀式转换为后缀式的算法 :
（isp叫做栈内(in stack priority)优先数; icp叫做栈外(in coming priority)优先数。操作符优先数相等的情况只出现在括号配对或 栈底的“#”号与输入流最后的“#”号配对时。）
操作符栈初始化，将符号‘#’进栈。然后读 入中缀表达式字符流的首字符ch。
重复执行以下步骤，直到栈为空，停止循 环。
若ch是操作数直接输出，读入下一个字 符ch。
若ch是操作符，判断ch的优先级icp和位 于栈顶的操作符op的优先级isp：
若 icp(ch) > isp(op)，令ch进栈，读入下一 个字符ch。
若 icp(ch) < isp(op)，退栈并输出。
若 icp(ch) == isp(op)，退栈但不输出，若 退出的是“(”号读入下一个字符ch。
算法结束，输出序列即为所需的后缀表达式
void postfix ( expression e ) {
stack<char> s;
char ch, op;
s.Push ( ‘#’ );
cin.Get ( ch );
while ( ! s.IsEmpty( )) // 课本代码有问题
//循环条件也可以为while(ch!=‘#’||s.getTop()!=‘#’)
if ( isdigit ( ch ) )
{ cout << ch; cin.Get ( ch ); }
else {
if ( isp ( s.GetTop( ) ) < icp ( ch ) ) c
{ s.Push ( ch ); cin.Get ( ch );
}
else if ( isp ( s.GetTop( ) ) > icp ( ch ) )
{ s.Pop(op);
cout << op;
}
else { s.Pop(op);
if ( op == ‘(’ ) cin.Get ( ch ); }
}
}
class Calculator { //模拟一个简单计算器
public:
Calculator(int sz):s(sz){}; //构造函数
void Run(); //执行表达式计算
void Clear();
private:
Stack<double> s; //栈对象定义
void AddOperand(double value) ; //进操作数栈
bool Get2Operands(double& left,double& right);
//从栈中退出两个操作数 v
oid DoOperator(char op); //形成运算指令,进行计算
};
void Calculator :: Run ( ) {
char ch; double newoperand;
while ( cin >> ch, ch != ‘#’ ) {
switch ( ch ) {
case ‘+’ :
case ‘-’ :
case ‘*’ :
case ‘/’ :
DoOperator ( ch );
break; //计算
default : cin.putback ( ch );
//将字符放回输入流
cin >> newoperand; //读操作数
AddOperand ( newoperand );
}
}
栈的应用：递归
递归的定义
若一个对象部分地包含它自己，或用它自己 给自己定义, 则称这个对象是递归的；若 一个过程直接地或间接地调用自己, 则称这 个过程是递归的过程。
函数间的的执行
1 .操作系统中，当一个函数调用另一个函数，需先完成：
-
将所有的实在参数、返回地址等信息传递给被调用函数保存
-
为被调用函数的局部变量分配存储区；
-
将控制转移到被调用函数的入口。
2 .从被调用函数返回调用函数之前，应该完成：
-
保存被调函数的计算结果；
-
释放被调函数的数据区；
-
依照被调函数保存的返回地址将控制转移到调用函数
递归函数的概念
直接或间接地调用自身的函数称为递归函数。 从递归函数的执行过程看，递归函数设计时必须 有一个出口，直接处理, 从而结束对自身的调用。
构成递归的条件
不能无限制地调用本身， 必须有一个出口，直接处理。
递归定义包括两项，一是边界条件：描述递归终止时问题的求解 ；二是递归函数：将问题分解为与原问题性质相同，但 规模较小的问题。只有具备了这两个要素，递归函数才能在有限次计算后得出结果。
递归设计：自顶向下、逐步分解的策略
解决递归问题的策略是把一个规模比较大的 问题分解为一个或若干规模比较小的问题， 子问题应与原问题做同样的事情，且更为简 单；分别对这些比较小的问题求解，再综合 它们的结果，从而得到原问题的解。
以下三种情况常常用到递归方法
定义是递归的
数据结构是递归的
问题的解法是递归的
//含一个递归调用的递归过程的一般形式
void p(参数1)
{ if(数据为递归出口)
操作;
else{
操作;
p(参数2);
操作;
}
}
递归过程改为非递归过程
递归过程简洁、易编、易懂。但递归过程效率低，重复计算多，改为非递 归过程的目的是提高效率 。
单向递归或尾递归可直接用迭代实现其非递归 过程（尾递归是单项递归的特例）
其他情形必须借助栈实现非递归过程
//用迭代法实现单向递归
//斐波那契数列就是单向递归
long FibIter(long n) {
if (n <= 1) return n;
long twoback = 0, oneback = 1, current;
for (int i = 2; i <= n; i++) {
current = twoback + oneback;
twoback = oneback;
oneback = current;
}
return current;
}
//用迭代法实现尾递归
//递归调用语句只有一句且在函数尾部
void recfunc(int A[ ], int n) {
if (n >= 0) {
cout << A[n] << “ ”;
n--;
recfunc(A, n);
}
}
void sterfunc(int A[ ], int n) {
//消除了尾递归的非递归函数
while (n >= 0) {
cout << "value " << A[n] << endl;
n--;
}
}
递归与回溯
回溯法也常称为试探法。这种方法将问题的 候选解按某种顺序逐一检验，当发现当前解 不可能是解时，可以沿搜索路径回退到前一 结点，沿另一分支继续搜索,直到搜索到问题 的解，或搜完全部分支没有解存在为止。
回溯法常使用递归进行试探，或使用栈帮助向前试探。
迷宫问题
迷宫是一个矩形区域，有一个入口和一个出口，其内 部设置了许多不能穿越的墙壁，对从入口到出口的前 进道路上形成了许多障碍.若能正确的绕过障碍，则从入口到出口存在一条穿越 迷宫的路线。
前进方向：北、东北、东、东南 南、西南、西、西北 .
走步规则：首先从东开始，按照 顺时针方向搜索下一步可 能前进的位置 .
数据结构设计
1 用二维数组Maze[m+2][p+2]表示迷宫
若元素Maze[i][j]==1,表示该位置上是障碍。
若元素Maze[i][j]==0,表示该位置上是通路。
2 用二维数组mark[m+2][p+2]标志已走过 的路途，防止走老路。
初始化时，所有元素都是没走过的，设为0。
当行进到迷宫的某个位置[i][j]时，就将对应的 mark[i][j]置为1；
当前点的下一个试探位置 从当前位置Maze[i][j]出发，可能的前进方向有8个，用一 维数组move[8]表示。其数组元素为结构类型数据:
struct offsets {
int a, b; //a,b是横,纵方向的偏移量
char *dir }
offsets move[8]={
{-1,0,"N"},{-1,1,"NE"}, {0,1,"E"}, { 1,1,"SE"}, {1,0,"S"},{1,-1,"SW"
{0,-1,"W"},{-1,1,"NW"}
}
//解决迷宫问题的递归算法
int SeekPath(int x,int y)
{
int i,g,h; char *d; //d,h记录位置信息，d记录方向
if(x==m && y==n) return 1;
for(i=0;i<8;i++)
{
g=x+move[i].a; h=y+move[i].b; d=move[i].dir;
if(Maze[g][h]==0&&mark[g][h]==0)
{
mark[g][h]=1;
if(SeekPath(g, h))
{
cout<<“(“<<g<<“,”<<h<<“),”<<“direction”<<move[i].dir<< “,”;
return 1;
}
}
}//回溯，换方向再试
if(x==1&&y==1) cout<<“no path in Maze”<<endl;
Return 0;
}
n皇后问题
在 n 行 n 列的国际象棋棋盘上，若两个皇后位于 同一行、同一列、同一对角线上，则称为它们为 互相攻击。n 皇后问题是指找到这 n 个皇后的互 不攻击的布局。
8皇后问题：在8X8格的国际象棋上摆放八个皇后，使 其不能互相攻击，即任意两个皇后都不能处于同一行、 同一列或同一斜线上，问有多少种摆法？
解题思路
安放第 i 行皇后时，需要在列的方向从 0 到 n-1 试探 ( j = 0, …, n-1 )
在第 j 列安放一个皇后： 如果在列、对角线方向有其它皇后，则 出现攻击，撤消在第 j 列安放的皇后。如果没有出现攻击，在第 j 列安放的皇 后不动，递归安放第 i+1行皇后。
设置数组 col [n] ：col[i] 标识第 i 列是否安放了皇后
void Queen(int i) {
if (i>n) 输出棋盘布局；
else
for (int j = 1; j <= n; j++) {
if (第 i 行第 j 列没有攻击) {
在第 i 行第 j 列安放皇后；
Queen(i+1);
}
}
}
//算法求精
void queen(int k) {
if(k>n) {sum++ ;
//在这里打印出来 ；
cout<<"the solution of "<<sum <<endl;
for(int i=1;i<=n;i++)
{for(int j=1;j<=n;j++)
if (x[i]==j) cout<<"* " ;
else cout<<"0 ";
cout<<endl ; }
cout<<endl;
} else
for(int j=1;j<=n;j++)
{ x[k]=j;
if(place(k))
queen(k+1); }}
place(int t)
//检查 第 t个皇后在第T行的当前位置上是否满足约束条件
{
for(int i=1;i<t;i++)
if((x[i]==x[t])|| (abs(i-t)==abs(x[i]-x[t])) ) return false ;
return true;
}
Int sum=0;
int main()
{
int n;
cout<<"请输入皇后的数目"<<endl;
cin>>n;
int *x=new int[n+1] ; //记录每行的皇后放在哪一列
for(int i=0;i<=total;i++) x[i]=0;
queen(1) ;
cout<<"the result of nqueen is :"<<sum<<endl;
delete [] x ;
return 0;
}
队列
队列是只允许在一端删除，在另一端插入 的线性表
允许删除的一端叫做队头(front)，允许插 入的一端叫做队尾(rear)。
特性：先进先出(FIFO, First In First Out)
//队列的抽象数据类型
template <class E>
class Queue {
public:
Queue() { }; //构造函数
～Queue() { }; //析构函数
virtual bool EnQueue(const E& x) = 0; //进队列
virtual bool DeQueue(E& x) = 0; //出队列
virtual bool getFront(E& x) = 0; //取队头
virtual bool IsEmpty() const = 0; //判队列空
virtual bool IsFull() const = 0; //判队列满 };
//队列的数组存储表示
template <class E> class SeqQueue : public Queue<E> { //队列类定义 protected:
int rear, front; //队尾与队头指针
E *elements; //队列存放数组
int maxSize; //队列最大容量
…….
// 函数
}；
队列的进队和出队原则
进队时先将新元素按 rear 指示位置加入， 再将队尾指针加一 rear = rear + 1。
队尾指针指示实际队尾的后一位置。
出队时按队头指针指示位置取出元素，再将 队头指针进一 front = front + 1，
队头指针指示实际队头位置。
队满时再进队将溢出出错（假溢出） ；
解决假溢出的办法之一：将队列元素存放数 组首尾相接，形成循环（环形）队列。
循环队列
队列存放数组被当作首尾相接的表处理。
为了防止队头、队尾指针加1产生假溢出，可用语言 的取模(余数)运算实现。
队列初始化：front = rear = 0; 队头指针进1: front = (front+1) % maxSize;
队尾指针进1: rear = (rear+1) % maxSize;
队空条件：front == rear;
队满条件：(rear+1) % maxSize == front （看示例）
通过牺牲一个存储空间来实现（课本上的方案）
//队列的数组存储表示----循环队列
template <class E> class SeqQueue : public Queue<E> { //队列类定义 protected:
int rear, front; //队尾与队头指针
E *elements; //队列存放数组
int maxSize; //队列最大容量
public:
SeqQueue(int sz = 10); //构造函数
～SeqQueue() { delete[ ] elements; } //析构函数
bool EnQueue(const E &x); //新元素进队列
bool DeQueue(E& x); //退出队头元素
bool getFront(E& x); //取队头元素值
void makeEmpty() { front = rear = 0; }
bool IsEmpty() const { return front == rear; }
bool IsFull() const
{ return ((rear+1)% maxSize == front); }
int getSize() const
{ return (rear-front+maxSize) % maxSize; }
};
//循环队列操作的定义
template <class E>
SeqQueue<E>::SeqQueue(int sz): front(0), rear(0), maxSize(sz) { //构造函数
elements = new E[maxSize];
assert ( elements != NULL );
};
template <class E>
bool SeqQueue<E>::EnQueue(const E& x) {
//若队列不满, 则将x插入到该队列队尾, 否则返回
if (IsFull() == true) return false;
elements[rear] = x; //先存入
rear = (rear+1) % maxSize; //尾指针加一
return true;
};
template <class E>
bool SeqQueue<E>::DeQueue(E& x) {
//若队列不空则函数退队头元素并返回其值
if (IsEmpty() == true) return false;
x = elements[front]; //先取队头
front = (front+1) % maxSize; //再队头指针加一
return true;
};
template <class E>
bool SeqQueue<E>::getFront(E& x) const { //若队列不空则函数返回该队列队头元素的
if (IsEmpty() == true) return false; //队列空
x = elements[front]; //返回队头元素
return true;
};
链式队列
队头在链头，队尾在链尾。
链式队列在进队时无队满问题，但有队空问 题。
队空条件为 front == NULL
//队列的链接存储表示 — 链式队列
//链式队列类的定义
template <class E> struct LinkNode { //队列结点类定义 private:
E data; //队列结点数据
LinkNode<E> *link; //结点链指针
public:
LinkNode(const E& d , LinkNode<E>* next =null) : data(d), link(next) { }
};
template <class E>
class LinkedQueue {
private:
LinkNode<E> *front, *rear; //队头、队尾指针
public:
LinkedQueue() : rear(NULL), front(NULL) { }
~LinkedQueue(MakeEmpty());
bool EnQueue(const E& x);
bool DeQueue(E& x);
bool GetFront(E& x);
void MakeEmpty();
bool IsEmpty() const { return front == NULL; }
};
template <class E>
void LinkedQueue<E>::makeEmpty() { //析构函数
LinkNode<E> *p;
while (front != NULL) { //逐个结点释放
p = front;
front = front->link;
delete p; }
};
template <class E>
bool LinkedQueue<E>::EnQueue(const E& x) { //将新元素x插入到队列的队尾
// 分空表和非空表两种情况。
if (front == NULL) { //创建第一个结点
front = rear = new LinkNode<E> (x);
if (front == NULL) return false; } //分配失败
else { //队列不空, 插入
rear->link = new LinkNode<E> (x);
if (rear->link == NULL) return false;
rear = rear->link; }
return true;
};
template <class E> //如果队列不空，将队头结点从链式队列中删去
bool LinkedQueue<E>::DeQueue(E& x) {
if (IsEmpty() == true) return false; //判队空
LinkNode<E> *p = front;
x = front->data;
front = front->link;
delete p;
return true;
};
template <class E>
bool LinkedQueue<E>::GetFront(E& x) { //若队列不空，则函数返回队头元素的值
if (IsEmpty() == true) return false;
x = front->data;
return true;
};
队列的应用：打印杨辉三角形
算法逐行打印二项展开式 (a + b)i 的系数
每行的第i个元素，等于上一行的第i个元素和 它的前驱项相加的结果
//利用队列打印二项展开式系数的算法
#include <stdio.h>
#include <iostream.h>
#include "queue.h"
void YANGHVI(int n) {
Queue q(n+2); //队列初始化
q.MakeEmpty();
q.EnQueue(1); q.EnQueue(1);
int s = 0, t;
for (int i = 1; i <= n; i++) { //逐行计算
cout << endl;
q.EnQueue(0); //各行间插入一个0
for (int j = 1; j <= i+2; j++)
{//处理第i行的i+2(包括0)个系数。
q.DeQueue(t);
q.EnQueue(s + t);
s = t;
if (j != i+2) cout << s << ' ';
}
}}
优先级队列
每次从队列中取出的是具 有最高优先权的元素
//优先级队列的类定义
#include <assert.h>
#include <iostream.h>
#include <stdlib.h>
template <class E>
class PQueue { private:
E *pqelements; //存放数组
int count; //队列元素计数
int maxPQSize; //最大元素个数
void adjust(); //调整
public:
PQueue(int sz = 50);
~PQueue() { delete [ ] pqelements; }
bool Insert(E x);
bool RemoveMin(E& x);
bool GetFront(E& x);
void MakeEmpty() { count = 0; }
bool IsEmpty() const { return count == 0; }
bool IsFull() const
{ return count == maxPQSize; }
int Length() const { return count; }
};
//优先级队列部分成员函数的实现
template <class E> PQueue<E>::PQueue(int sz) {
maxPQSize = sz; count = 0;
pqelements = new E[maxPQSize];
assert (pqelements != NULL); }
template <class E>
bool PQueue<E>::Insert(E x) {
if (IsFull() == true) return false; //判队满断言
pqelements[count++] = x; //插入
adjust();
return true;
}
template <class E>
void PQueue<E>::adjust() {
E temp = pqelements[count-1]; //将最后元素暂存再从后向前找插入位置
for (int j = count-2; j >= 0; j--)
if (pqelements[j] <= temp) break;
else pqelements[j+1] = pqelements[j];
pqelements[j+1] = temp;
}
template <class E>
bool PQueue<E>::RemoveMin(E& x) {
if (IsEmpty()) return false;
x = pqelements[0]; //取出0号元素
for (int i = 1; i < count; i++)
pqelements[i-1] = pqelements[i]; //从后向前逐个移动元素填补空位
count--;
return true; }
template <class E> bool PQueue<E>::GetFront (E& x) {
if (IsEmpty() == true) return false;
x = pqelements[0];
return true;
}