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队列
● 队列的概念：
队列（简称作队，Queue）也是一种特殊的线性表，队列的数据元素以及数据元素间的逻辑关系和线性表完全相同，其差别是线性表允许在任意位置插入和删除，而队列只允许在其一端进行插入操作在其另一端进行删除操作。
队列中允许进行插入操作的一端称为队尾，允许进行删除操作的一端称为队头。队列的插入操作通常称作入队列，队列的删除操作通常称作出队列。
下图是一个依次向队列中插入数据元素a0,a1,...,an-1后的示意图：
上图中，a0是当前 队头数据元素，an-1是当前 队尾数据元素。
为了避免当只有一个元素时，对头和队尾重合使得处理变得麻烦，所以引入两个指针：front指针指向队头元素，rear指针指向队尾元素的下一个位置，这样的话，当front指针等于rear时，此队列不是还剩一个元素，而是空队列。
顺序队列
● 顺序队列 队列的顺序存储结构称为顺序队列，顺序队列实际上是运算受限的顺序表，和顺序表一样，顺序队列也是必须用一个数组来存放当前队列中的元素。由于队列的队头和队尾的位置是变化的，因而要设两个指针和分别指示队头和队尾元素在队列中的位置。
● 顺序队列中的溢出现象：
上图中，front指针指向队头元素，rear指针指向队尾元素的下一个位置。
图(d)中b、c、d出队后，front指针指向元素e，rear指针在数组外面。假设这个队列的总个数不超过5个，但目前如果接着入队的话，因数组末尾元素已经被占用，再向后加就会产生数组越界的错误，可实际上队列在下标为0、1、2、3、4的地方还是空闲的，我们把这种现象叫做“假溢出”——也叫假上溢。
下溢：队列为空时，做出队操作产生的溢出现象。
真上溢：当队列满时，做入队操作产生的空间溢出现象。
顺序队列的基本操作
入队时：将新元素插入rear所指的位置，并将rear+1。
出队时：删除front所指的元素，并将front+1。
循环队列
● 所以解决假溢出的办法就是后面满了，就再从头开始，也就是头尾相接的循环。我们把队列的这种逻辑上首尾相连的顺序存储结构称为循环队列。
如何判断循环队列究竟是空的还是满的：
现在问题又来了，我们之前说，空队列时，front指针等于rear指针，那么现在循环队列满的时候，也是front等于rear，那么如何判断循环队列究竟是空的还是满的？有如下办法：
办法1：设置一个标志位flag。初始时置flag=0；每当入队列操作成功就置flag=1；每当出队列操作成功就置flag=0。则队列空的判断条件为：rear == front && flag==0；队列满的判断条件为：rear = = front && flag= =1。
办法2：保留一个元素的存储空间。此时，队列满时的判断条件为 (rear + 1) % maxSize == front；队列空的判断条件还是front == rear。
办法3：设计一个计数器count，统计队列中的元素个数。此时，队列满的判断条件为：count > 0 && rear == front ；队列空的判断条件为count == 0。
我们在接下来的代码中采用方法2来实现。
CirQueue.h 头文件
#include<iostream>
#include<cassert>
using namespace std;
#ifndef TT_CIR_QUEUE_H
#define TT_CIR_QUEUE_H
namespace tt
{
class CirQueue
{
public:
using ElemType = int;
using Status = void;
enum State
{
TT_ERROR = 0,
TT_OK = 1
};
public:
CirQueue(ElemType INI_SIZE); //初始化队列
~CirQueue();
ElemType isEmpty()const; //判断队列是否为空。
ElemType isFull()const; //确定队列是否满了
ElemType clear(); //将队列清空
ElemType getHead(ElemType &elemOut); //若队列存在且非空，用elem返回队列的队头元素
ElemType insert(ElemType elem); //若队列存在，插入新元素elem到队列中并成为队尾元素。
ElemType remove(ElemType &elemOut);// 删除队列中的队头元素，并用elem返回。
ElemType destroy(); //若队列存在，则销毁它
Status getLength()const; //返回队列中当前元素的个数。
Status show(); //显示队列中的所有元素
private:
ElemType *m_data; //数据域
ElemType m_front; //指向队头元素
ElemType m_rear; //指向队尾元素的下一个位置
ElemType m_queueSize; //队列的最大容量
};
inline CirQueue::ElemType CirQueue::isEmpty()const //判断队列是否为空
{
return (m_front == m_rear);
}
inline CirQueue::Status CirQueue::getLength()const //返回队列中当前元素的个数
{
cout<< "当前队列中的元素个数为：" << (m_rear - m_front + m_queueSize) % m_queueSize << endl;
}
inline CirQueue::ElemType CirQueue::clear() //将队列清空
{
m_front = m_rear = 0;
return TT_OK;
}
inline CirQueue::ElemType CirQueue::isFull()const //确定队列是否满了
{
return (m_rear + 1) % m_queueSize == m_front;
}
}
#endif //TT_CIR_QUEUE_HtestCirQueue.cpp 源文件
#include"CirQueue.h"
namespace tt
{
CirQueue::CirQueue(ElemType INI_SIZE)
{
assert(INI_SIZE != 0);
m_data = new int[INI_SIZE];
assert(m_data != nullptr);
m_queueSize = INI_SIZE; //把队列的初始化的最大容量赋值给成员数据
m_front = m_rear = 0; //m_front等于m_rear 就是空队列
cout << "*********** 循环队列初始化成功！ **************" << endl;
}
CirQueue::~CirQueue()
{
this->destroy();
}
CirQueue::ElemType CirQueue::insert(ElemType elem) //插入元素致队列的尾部
{
if (((m_rear + 1) % m_queueSize) == m_front)//判断队列满的情况
{
return TT_ERROR;
}
m_data[m_rear] = elem; //将元素elem 添加到队列的末尾
m_rear = (m_rear + 1) % m_queueSize; //尾指针应以此种方式加1，才会实现循环队列， 若到末尾转到数组的头部
return TT_OK;
}
CirQueue::ElemType CirQueue::remove(ElemType &elemOut) //删除队列的队头元素
{
if (m_front == m_rear) //判断循环队列是否为空
{
return TT_ERROR;
}
elemOut = m_data[m_front]; //将对头元素赋给elem返回
m_front = (m_front + 1) % m_queueSize; //m_front指针向后移动一位，若到最后则转到数组头部
return TT_OK;
}
CirQueue::ElemType CirQueue::getHead(ElemType &elemOut) //若队列存在且非空，用elem返回队列的队头元素
{
if (m_front == m_rear) //判断循环队列是否为空
{
return TT_ERROR;
}
elemOut = m_data[m_front]; //把队头元素用elem返回
return TT_OK;
}
CirQueue::ElemType CirQueue::destroy() //若队列存在，则销毁它
{
delete[] m_data;
m_data = nullptr;
m_front = m_rear = m_queueSize = 0;
return ((!m_data) && (m_front == m_rear == m_queueSize == 0)); //多一个判断看队列是否被销毁
}
CirQueue::Status CirQueue::show() //显示队列的所有元素
{
if (m_front == m_rear)
{
cout << "错误，此队列中没有数据或者队列没有建立,无法显示！" << endl;
}
else
{
auto count = (m_rear - m_front + m_queueSize) % m_queueSize; //一个临时变量存储该队列的元素个数
cout << "队列从队头至队尾内容依次为：";
for (size_t i = m_front; i < m_front + count; ++i)
{
cout << m_data[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
}
}
//测试循环队列的功能
void testCirQueue()
{
int allocMemory(0);
cout << "请输入队列初始化的最大容量：";
cin >> allocMemory;
tt::CirQueue myCirQueue(allocMemory); //初始化一个队列
while (true)
{
{
cout << ("\n***************************************************") << endl
<< "*************** 循环队列的基本功能展示 **************" << endl
<< "*******************************************************" << endl
<< "************** 选择1—— 数据进队列尾. ************" << endl
<< "************** 选择2—— 删除队列头元素. ************" << endl
<< "*************** 选择3—— 显示队列头元素. ************" << endl
<< "*************** 选择4—— 判断队列是否为空. ************" << endl
<< "*************** 选择5—— 判断队列是否满了. ************" << endl
<< "***************************************************************" << endl
<< "*************** 选择6—— 显示队列的元素个数. *************" << endl
<< "*************** 选择7—— 清空队列. *************" << endl
<< "**************** 选择8—— 销毁队列. *************" << endl
<< "**************** 选择9—— 显示队列中的所有元素. ***********" << endl
<< "**************** 选择10—— 清屏. *************" << endl
<< "**************** 选择0—— 退出程序！ *************" << endl
<< "***************************************************************" << endl
<< "***************************************************************" << endl;
}
cout << "\n***************** 请输入你想要使用的队列功能的序号 ***************" << endl;
cout << "请输入你的选择：";
int userChoice(0);
cin >> userChoice;
if (!userChoice)
{
cout << "程序已退出，感谢您的使用!" << "\n" << endl;
break;
}
switch (userChoice)
{
case 1:
{
int pushDatas(0);
cout << "请输入想要添加的数据：";
cin >> pushDatas;
if (myCirQueue.insert(pushDatas)) //进队列
{
cout << "数据" << pushDatas << "成功进入队列中！" << endl;
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show(); //显示所有元素
}
else
cout << "目前队列已满, 数据" << pushDatas << "进入失败！" << endl;
break;
}
case 2:
{
int popDatas(0);
if (myCirQueue.remove(popDatas)) //删除队列头元素
{
cout << "数据" << popDatas << "从队列中成功删除！" << endl;
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show();
}
else
{
cout << "目前队列为空， 数据" << popDatas << "删除失败！" << endl;
myCirQueue.getLength();
}
break;
}
case 3:
{
int disHead(0);
if (myCirQueue.getHead(disHead)) //获取队头元素
{
cout << "队列头元素为：" << disHead << endl;
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show();
}
else
{
cout << "目前队列为空， 数据" << disHead << "获取失败！" << endl;
myCirQueue.getLength();
}
break;
}
case 4:
if (myCirQueue.isEmpty()) //判断队列是否空
{
cout << "队列为空,或者队列尚未建立！" << endl;
myCirQueue.getLength();
}
else
{
cout << "队列非空！" << endl;
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show();
}
break;
case 5:
if (myCirQueue.isFull()) //判断队列是否满
{
cout << "目前队列已满，不能再添加数据了！" << endl;
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show();
}
else
{
cout << "目前队列不满，还可以继续输入数据进栈!" << "\n" << endl;
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show();
}
break;
case 6:
myCirQueue.getLength(); //显示队列的元素个数
myCirQueue.show();
break;
case 7:
if (myCirQueue.clear())
{
cout << "队列已清空！" << endl;
myCirQueue.getLength();
}
else
{
cout << "队列清空失败！" << endl;
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show();
}
break;
case 8:
{
cout << "你确定要销毁一个队列吗?(若销毁请输入输入(Y/y))";
char yesOrNo;
cin >> yesOrNo;
if ((yesOrNo == 'Y') || (yesOrNo == 'y'))
{
if (myCirQueue.destroy())
{
cout << "队列已被销毁！" << endl;
}
else
cout << "队列销毁失败！" << endl;
}
break;
}
case 9:
myCirQueue.getLength();
myCirQueue.show();
break;
case 10:
system("cls");
cout << "屏幕已经清屏，可以重新输入!" << "\n" << endl;
break;
default:
cout << "输入的序号不正确，请重新输入!" << "\n" << endl;
}
}
}
int main()
{
testCirQueue();
system("pause");
return 0;
}● 注意： 把以上代码复制黏贴到 Visual Studio 2017 上 或者 Visual Studio 2015 上，如果是其他的编译器，可能会出错， 因为该程序用了一点 C++11 的语法， 如果你的编译器不遵循C++11的语法的法，一般来说会出错。
把该代码分别放进编译器中的源文件和头文件就能编译运行成功。 如果要合成到一块的源文件的话， 需要修改一下地方。你们自己修改吧。