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C++中隊列的建立與操作詳細解析

 更新時間：2013年10月14日 09:33:21   作者：  
隊列結構是從數(shù)據(jù)運算來分類的，也就是說隊列結構具有特殊的運算規(guī)則。而從數(shù)據(jù)的邏輯結構來看，隊列結構其實就是一種線性結構。如果從數(shù)據(jù)的存儲結構來進一步劃分，隊列結構可以分成兩類

什么是隊列結構

隊列結構是從數(shù)據(jù)運算來分類的，也就是說隊列結構具有特殊的運算規(guī)則。而從數(shù)據(jù)的邏輯結構來看，隊列結構其實就是一種線性結構。如果從數(shù)據(jù)的存儲結構來進一步劃分，隊列結構可以分成兩類。

順序隊列結構：即使用一組地址連續(xù)的內(nèi)存單元依次保存隊列中的數(shù)據(jù)。在程序中，可以定義一個指定大小的結構數(shù)組來作為隊列。

鏈式隊列結構：即使用鏈表形式保存隊列中各元素的值。

在隊列結構中允許對兩端進行操作，但是兩端的操作不同。在表的一端只能進行刪除操作，稱為隊頭；在表的另一端只能進行插入操作，稱為隊尾。如果隊列中沒有數(shù)據(jù)元素，則稱之為空隊列。從數(shù)據(jù)的運算角度分析，隊列是按照“先進先出”的原則處理結點的。

可以將隊列結構理解成是：超市排隊結賬的人群，排在隊首的人先結賬，然后不斷會有人排在隊尾等待結賬，這就是一個先來先服務的隊列的現(xiàn)實中的例子。

一般隊列結構的基本操作只有兩個：

入隊列：將一個元素添加到隊尾（相當于到隊列最后排隊等待）

出隊列：將對頭的元素取出，同時刪除該元素，使后一個元素成為隊頭。

初次之外，還有初始化隊列、獲取隊列長度的簡單運算。下面，我們就是用C++建立順序隊列結構，并完成順序隊列結構的基本運算。
準備數(shù)據(jù)

準備數(shù)據(jù)就是定義在隊列操作中需要用到的變量及數(shù)據(jù)結構等。

復制代碼 代碼如下:

struct DATA{
 string name;
 int age;
};
struct SQType
{
 DATA data[QUEUELEN];   //隊列數(shù)組
 int head;      //隊頭
 int tail;      //隊尾
};

這里，定義了隊列結構的最大長度QUEUELEN ,隊列結構數(shù)據(jù)元素的類型DATA以及隊列結構的數(shù)據(jù)結構SQType。在數(shù)據(jù)結構SQType中，data為數(shù)據(jù)元素，head為隊首的序號，tail為隊尾的序號。當head=0時表示隊列為空，當tail=QUEUELEN時表示隊列滿。

初始化隊列數(shù)據(jù)

順序隊列的初始化操作步驟如下：

（1）按符號常量QUEUELEN指定的大小申請一段內(nèi)存空間，用來保存隊列中的數(shù)據(jù)。

（2）設置head=0和tail=0，表示一個空棧。

示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

SQType *SQTypeInit()
{
 SQType * q;
 if(q=new SQType)    //申請隊列的內(nèi)存空間
 {
  q->head=0;     //設置隊首 
  q->tail=0;     //設置隊尾
  return q;
 }
 else
 {
  return NULL;    //返回空
 }
}

首先使用new申請內(nèi)存，申請成功以后設置隊頭和隊尾，然后返回申請內(nèi)存的首地址，如果申請失敗則返回NULL。

判斷空隊列

判斷空隊列是判斷一個隊列結構是否為空。如果是空隊列，則表示該隊列結構中國沒有數(shù)據(jù)。此時可以進入如隊列操作，不可以進行出隊列操作。

示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

int SQTypeIsEmpty(SQType *q)
{
 return(q->head==q->tail);
}

輸入?yún)?shù)q為一個指向操作的隊列的指針。程序中，根據(jù)隊列head是否等于tail判斷隊列是否為空。

判斷滿隊列

判斷滿隊列就是判斷一個隊列結構是否為滿。如果是滿隊列，則表示該隊列中沒有多余的空間來保存額外數(shù)據(jù)。測試不可以進行入隊列操作，可以進行出隊列操作。

示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

int SQTypeIsFull(SQType *q)
{
 return(q->tail==QUEUELEN)
}

輸入?yún)?shù)q為一個指向操作的隊列的指針。程序中，根據(jù)隊列tail是否等于隊列的最大值QUEUELEN判斷隊列是否是滿的。

清空隊列

清空隊列就是清楚一個隊列中的所有的數(shù)據(jù)。示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

void SQTypeClear(SQType *q)
{
 q->head=0;
 q->tail=0;
}

將隊列頂指針head和尾指針tail設置為0，表示執(zhí)行清空操作。

釋放空間

釋放空間是釋放隊列結構所占用的內(nèi)存單元。由前面可知，在初始化隊列結構時，使用了new關鍵字分配內(nèi)存單元。雖然可以使用清空隊列操作，但是清空隊列操作并沒有釋放內(nèi)存空間，這就需要使用delete關鍵字釋放所占的內(nèi)存單元。

示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

void SQTypeFree(SQType *q)
{
 if(q!=NULL) delete q;
}


程序中，調(diào)用了得delete釋放new申請的內(nèi)存空間。

入隊列

入隊列是隊列結構的基本操作，主要操作是將數(shù)據(jù)元素保存到隊列結構。入隊列操作的具體步驟如下：

（1）首先判斷隊尾，如果tail等于QUEUELEN，則表示溢出，進行出錯處理。否則執(zhí)行以下操作。

（2）設置tail=tail+1（隊列頂指針加1，指向入隊列地址）

（3）就將入隊列元素保存到tail指向的位置

示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

int InSQType(SQType *q,DATA data)
{
 if(q->tail==QUEUELEN)
 {
  cout<<"隊列已滿！操作失??！"<<endl;
  return 0;
 }else
 {
  q-data[q->tail++]=data;      //將元素入隊列
  return 1; 
 } 
}

輸入?yún)?shù)q為指向操作的隊列的指針，輸入?yún)?shù)data為需要入隊列的數(shù)據(jù)元素。程序中首先判斷隊列是否溢出，如果溢出則不進行入隊列操作，否則修改隊列頂指針的值，再將元素入隊列。

因為tail的值從0開始，當前的值就是要插入的數(shù)組對應的元素的位置，所以寫成q->tail++。

出隊列

出隊列是隊列結構的基本操作，主要操作與入隊列相反，其實從隊列頂彈出一個數(shù)據(jù)元素。出隊列操作的具體步驟如下：

（1）首先判斷隊首head，如果head等于tail，則表示為空隊列，進行出錯處理。否則，執(zhí)行下面的步驟

（2）從隊列首部取出隊頭元素（實際返回隊頭元素的指針）

（3）修改隊首head的序號，使其指向后一個元素。
示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

DATA *OutSQType(SQType *q)
{
 if(q->tail==q->head)
 {
  cout<<"隊列已空！操作失?。?<<endl;
  exit(0);  
 }else
 {
  return &(q->data[q->head++]);
 }
}

輸入?yún)?shù)q為指向操作的隊列的指針。該函數(shù)返回值是一個DATA類型的數(shù)據(jù)，返回值是指向該數(shù)據(jù)元素的指針。

讀結點數(shù)據(jù)

讀結點數(shù)據(jù)也就是讀取隊列結構中結點的數(shù)據(jù)，這里的讀操作其實就是讀隊列頭的數(shù)據(jù)。需要助于的是，讀結點數(shù)據(jù)的操作和出隊列操作不同。讀結點數(shù)據(jù)的操作僅是顯示隊列頂結點數(shù)據(jù)的內(nèi)容，而出隊列操作則將隊列頂數(shù)據(jù)彈出，該數(shù)據(jù)不再存在。

示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

DATA * PeekSQType(SQType *q)
{
 if(SQTypeIsEmpty(q))
 {
  cout<<"空隊列"<<endl;
  return NULL; 
 }else
 {
  return &(q->data[q->head]);
 }

}

該函數(shù)返回值同樣是一個DATA類型的指針數(shù)據(jù)，返回值是指向數(shù)據(jù)元素的指針。

計算隊列長度

計算隊列長度就是統(tǒng)計該隊列中數(shù)據(jù)結點的個數(shù)。計算隊列長度的方法比較簡單，直接隊尾序號減去隊首序號即可。

示例代碼如下：

復制代碼 代碼如下:

int SQTypeLen(SQType *q)
{
 return(q->tail-q->head); 
}

隊列結構操作實例代碼：

完整的代碼會比較長，不過函數(shù)部分和上面介紹的基本一致，主要是看main函數(shù)中這些函數(shù)的用法：

復制代碼 代碼如下:

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
#define QUEUELEN 10
struct DATA{
 string name;
 int age;
};
struct SQType
{
 DATA data[QUEUELEN];   //隊列數(shù)組
 int head;      //隊頭
 int tail;      //隊尾
};
/*******************隊列的初始化*************************/
SQType *SQTypeInit()
{
 SQType * q;
 if(q=new SQType)    //申請隊列的內(nèi)存空間
 {
  q->head=0;     //設置隊首 
  q->tail=0;     //設置隊尾
  return q;
 }
 else
 {
  return NULL;    //返回空
 }
}
/*******************判斷空隊列*************************/
int SQTypeIsEmpty(SQType *q)
{
 return(q->head==q->tail);
}
/*******************判斷滿隊列*************************/
int SQTypeIsFull(SQType *q)
{
 return(q->tail==QUEUELEN);
}
/*******************清空隊列*************************/
void SQTypeClear(SQType *q)
{
 q->head=0;
 q->tail=0;
}
/*******************釋放空間*************************/
void SQTypeFree(SQType *q)
{
 if(q!=NULL) delete q;
}
/*******************入隊列操作*************************/
int InSQType(SQType *q,DATA data)
{
 if(q->tail==QUEUELEN)
 {
  cout<<"隊列已滿！操作失?。?<<endl;
  return 0;
 }else
 {
  q->data[q->tail++]=data;      //將元素入隊列
  return 1; 
 } 
}
/*******************出隊列操作*************************/
DATA *OutSQType(SQType *q)
{
 if(q->tail==q->head)
 {
  return NULL;  
 }else
 {
  return &(q->data[q->head++]);
 }
}
/*******************讀結點數(shù)據(jù)*************************/
DATA * PeekSQType(SQType *q)
{
 if(SQTypeIsEmpty(q))
 {
  cout<<"空隊列"<<endl;
  return NULL; 
 }else
 {
  return &(q->data[q->head]);
 }

}
/*******************計算隊列長度*************************/
int SQTypeLen(SQType *q)
{
 return(q->tail-q->head); 
}
/*********************主函數(shù)******************************/
int main()
{
 SQType *stack;
 DATA data,*p;
 stack=SQTypeInit();     //執(zhí)行初始化操作
 cout<<"執(zhí)行入隊列操作："<<endl;
 cout<<"輸入姓名,年齡進行入隊操作："<<endl;
 while(1)
 {
  cin>>data.name>>data.age;
  if(data.age==0)
  {
   break;      //若輸入為0，則退出
  }
  else
  {
   InSQType(stack,data); 
  } 
 }
 cout<<"進行出棧操作："<<endl;
 p=OutSQType(stack);
 cout<<p->name<<","<<p->age<<endl;
 cout<<"讀取首結點數(shù)據(jù)："<<endl;
 p=PeekSQType(stack);
 cout<<p->name<<","<<p->age<<endl;
 cout<<"執(zhí)行出棧操作："<<endl;
 while(1)
 {
  if(SQTypeIsEmpty(stack))
  {
   cout<<"所有數(shù)據(jù)出棧完畢，棧為空！"<<endl;
   break;
  }else
  {
   p=OutSQType(stack);
   cout<<p->name<<","<<p->age<<endl;
  } 
 }
 SQTypeFree(stack);
 return 0;
}

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