队列_QUEUE

本文中的所有代码你可以在这里：

https://github.com/qeesung/algorithm/tree/master/chapter10/10-1/队列

或者是这里：

http://download.csdn.net/detail/ii1245712564/8753843

找到！

队列_QUEUE

队列_QUEUE是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队列好比就是是食堂排队打饭的队伍(队列)，排在最前面的叫做队头(队列的前端front)，排在最后面的叫做队尾(队列的后端rear)。每得到一份饭，队列前端的同学就离开队列(出队列 dequeue),后面新来的童鞋继续排在队列的后端，成为新的队尾(入队列 enqueue).

队列的用途很广泛，具有先进先出(FIFO First In First Out)的特性，特别适用于依照数据来的先后顺序进行处理的情况，比如处理多个同等优先级任务，新来一个任务就将其队列，每处理一个任务就出队列，这样任务就会按照来的先后顺序进行处理了。但是如果对于多个不同优先级的任务，一般队列就不能胜任啦，这时候优先队列就更适合！优先队列内容请看这里《优先队列》

队列的基本操作

一般来说，队列最重要的两个操作就是入队列和出队列,入队列就是在队列后端添加一个元素，出队列就是在队列前端删除一个元素，我们可以用数组或者是链式表来实现一个队列。

队列的基本操作

• clear():清空队列
• Enqueue():入队列
• Dequeue():出队列
• frontValue():得到队列前端元素
• length():得到队列长度

下面我们用类模板定义了队列的通用接口
queue.h

/************************************************* * @Filename: queue.h * @Author: qeesung * @Email: [email protected] * @DateTime: 2015-05-28 10:24:15 * @Version: 1.0 * @Description: 定义队列的通用接口 **************************************************/

#ifndef QUEUE_H
#define QUEUE_H

template <class Elem>
class Queue
{
public:
    /** 清空队列 */
    virtual void clear()=0;
    /** 入队列 */
    virtual bool enqueue(const Elem & ele)=0;
    /** 出队列 */
    virtual bool dequeue(Elem & ele)=0;
    /** 队列第一个元素 */
    virtual bool front_value(Elem & ele ) const=0;
    /** 队列长度 */
    virtual int length() const=0;
};

#endif

队列的代码实现

这里实现的是环形队列的操作，对于一般队列来说，总是保持队列头或者是队列尾不变的，假如保持队列头不变，在每次dequeue一个元素以后，就要将后面的元素向前移动一位，这样做是很费时间的，假如队列元素个数为 n ,在dequeue一个元素以后，后面的 n−1 个元素就要向前移动，dequeue操作运行时间为 O(n)

一般队列的dequeue或者enqueue操作太费时间，现在将队列的dequeue和enqueue的操作进行优化：

• 用额外的两个变量来表示队列头front和队列尾rear,在队列为空时front=rear
• enqueue一个元素时，将rear=rear+1,并将入队列的值赋值给rear标示的位置
• dequeue一个元素时，将front位置的元素弹出，并令front = front+1

上面操作存在下面缺陷

1. 缺陷1:将rear和front这样无限制的增加，迟早会超出数组的有效范围的。
   解决办法:在rear或者front大于数组长度arraySize的时候，就要重新回到数组的头部0位置，于是我们将raer和front的操作更新为

   • rear = (rear+1)%arraySize
   • front = (front+1)%arraySize

2. 缺陷2：在队列为满时就会有front=rear和队列为空的时候一样，我们就无法分别队列到底是满还是空
   解决办法:于是我们新建一个变量length来存储队列的长度

一般队列入队列和出队列的操作

入队列三个元素A,B,C

出队列一次，元素A被弹出，所有元素前移

循环队列的入队列和出队列操作

初始化一个循环队列，新建两个元素指向前端和尾端，初始时,front和rear指向同一个位置

入队列一个元素A和B

现在出队列一个元素，front位置改变，不像一般队列固定在数组头部

入队列C,D,E,F，满队列的情况，front=rear

下面我们来编码实现上面的操作
arrayBaseQueue.h

/************************************************* * @Filename: arrayBaseQueue.h * @Author: qeesung * @Email: [email protected] * @DateTime: 2015-05-28 10:29:42 * @Version: 1.0 * @Description: 顺序队列 **************************************************/
#ifndef ARRAY_BASE_QUEUE_H
#define ARRAY_BASE_QUEUE_H
#include "queue.h"
#include <cstdlib>
#include <stdexcept>

/** 定义队列的最大大小 */
#define QUEUE_MAX_SIZE 100

template <class Elem> 
class ArrayBaseQueue : public Queue<Elem>
{
private:
    size_t front ;
    size_t rear;
    size_t m_length;// 队列的长度
    size_t array_size;// 队列分配数组的大小
    Elem * array;// 数组指针
public:
    ArrayBaseQueue(size_t _array_size=10) throw(std::bad_alloc);
    ~ArrayBaseQueue() throw();

    /** 清空队列 */
    void clear();
    /** 入队列 */
    bool enqueue(const Elem & ele);
    /** 出队列 */
    bool dequeue(Elem & ele);
    /** 队列第一个元素 */
    bool front_value(Elem & ele ) const;
    /** 队列长度 */
    int length() const;
};

#include "arrayBaseQueue.cc"

#endif

arrayBaseQueue.cc

/************************************************* * @Filename: arrayBaseQueue.cc * @Author: qeesung * @Email: [email protected] * @DateTime: 2015-05-28 10:36:11 * @Version: 1.0 * @Description: 顺序队列的具体实现源文件 **************************************************/
#include <iostream>
#include <stdexcept>

template <class Elem>
ArrayBaseQueue<Elem>::ArrayBaseQueue(size_t _array_size) throw(std::bad_alloc)
{
    array_size = _array_size;
    if(array_size > QUEUE_MAX_SIZE)
        array_size = QUEUE_MAX_SIZE;
    try{
        array = new Elem[array_size];
        if(array == NULL)
            throw std::bad_alloc();
    }catch(std::bad_alloc e)
    {
        std::cout<<"create queue failed "<<std::endl;
        throw;
    }
    front == 0;
    rear = front;
    m_length = 0;
}

template <class Elem>
ArrayBaseQueue<Elem>::~ArrayBaseQueue() throw()
{
    delete []array;
}


/** 清空队列 */
template <class Elem>
void ArrayBaseQueue<Elem>::clear()
{
    front = rear = 0;
    m_length = 0;
}

/** 入队列 */
template <class Elem>
bool ArrayBaseQueue<Elem>::enqueue(const Elem & ele)
{   
    /** 队列已满 */
    if(m_length == array_size)
        return false;
    /** 环形队列 */
    array[rear] = ele;
    rear = (rear+1)%array_size;
    ++m_length;
    return true;
}

/** 出队列 */
template <class Elem>
bool ArrayBaseQueue<Elem>::dequeue(Elem & ele)
{
    /** 队列为空 */
    if(m_length == 0)
        return false;
    ele = array[front];
    front = (front+1)%array_size;
    --m_length;
    return true;
}

/** 队列第一个元素 */
template <class Elem>
bool ArrayBaseQueue<Elem>::front_value(Elem & ele ) const
{
    if(m_length == 0)
        return false;
    ele = array[front];
    return true;
}

/** 队列长度 */
template <class Elem>
int ArrayBaseQueue<Elem>::length() const
{
    return m_length;
}

测试队列的实现的正确性
arrayBaseQueue_Test.cc

/************************************************* * @Filename: arrayBaseQueue_Test.cc * @Author: qeesung * @Email: [email protected] * @DateTime: 2015-05-28 10:51:34 * @Version: 1.0 * @Description: 测试顺序队列 **************************************************/
#include "arrayBaseQueue.h"
#include <iostream>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    ArrayBaseQueue<int> queue(3);
    /** test enqueue */
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
    {
        if(queue.enqueue(i))
            std::cout<<"enqueue "<<i<<" done"<<std::endl;
        else
            std::cout<<"enqueue "<<i<<" failed"<<std::endl;
    }
    /** test front_value */
    {
        int temp;
        if(queue.front_value(temp))
            std::cout<<"front value : "<<temp<<std::endl;
        else
            std::cout<<"get front value failed"<<std::endl;
    }

    /** test dequeue */
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
    {
        int temp;
        if(queue.dequeue(temp))
            std::cout<<"dequeue "<<temp<<" done!"<<std::endl;
        else
            std::cout<<"dequeue failed"<<std::endl;
    }
    return 0;
}

编译方法:

for linux:

g++ arrayBaseQueue_Test.cc -o queue

for windows:
1. 随便一个IDE导入源文件就可以
2. 如果你装有MinGW,就按照linux的编译方法来做

执行方法:

for linux:

./queue

for windows:

queue #（安装了MinGW并在cmd下执行）

运行结果:

enqueue 0 done
enqueue 1 done
enqueue 2 done
enqueue 3 failed
enqueue 4 failed
front value : 0
dequeue 0 done!
dequeue 1 done!
dequeue 2 done!
dequeue failed
dequeue failed