C++中隊列的建立與操作詳細(xì)解析
什么是隊列結(jié)構(gòu)
隊列結(jié)構(gòu)是從數(shù)據(jù)運算來分類的，也就是說隊列結(jié)構(gòu)具有特殊的運算規(guī)則。而從數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)來看，隊列結(jié)構(gòu)其實就是一種線性結(jié)構(gòu)。如果從數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步劃分，隊列結(jié)構(gòu)可以分成兩類。
順序隊列結(jié)構(gòu)：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(jié)構(gòu)數(shù)組來作為隊列。
鏈?zhǔn)疥犃薪Y(jié)構(gòu)：即使用鏈表形式保存隊列中各元素的值。
在隊列結(jié)構(gòu)中允許對兩端進(jìn)行操作，但是兩端的操作不同。在表的一端只能進(jìn)行刪除操作，稱為隊頭；在表的另一端只能進(jìn)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(jìn)先出”的原則處理結(jié)點的。
可以將隊列結(jié)構(gòu)理解成是：超市排隊結(jié)賬的人群，排在隊首的人先結(jié)賬，然后不斷會有人排在隊尾等待結(jié)賬，這就是一個先來先服務(wù)的隊列的現(xiàn)實中的例子。
一般隊列結(jié)構(gòu)的基本操作只有兩個：
入隊列：將一個元素添加到隊尾（相當(dāng)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(jié)構(gòu)，并完成順序隊列結(jié)構(gòu)的基本運算。
準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
準(zhǔn)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(jié)構(gòu)等。
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(jié)構(gòu)的最大長度QUEUELEN ,隊列結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)元素的類型DATA以及隊列結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SQType。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(dāng)head=0時表示隊列為空，當(dāng)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(shè)置head=0和tail=0，表示一個空棧。
示例代碼如下：
SQType *SQTypeInit()
{
SQType * q;
if(q=new SQType) //申請隊列的內(nèi)存空間
{
q->head=0; //設(shè)置隊首
q->tail=0; //設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)是否為空。如果是空隊列，則表示該隊列結(jié)構(gòu)中國沒有數(shù)據(jù)。此時可以進(jìn)入如隊列操作，不可以進(jìn)行出隊列操作。
示例代碼如下：
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(jié)構(gòu)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(jìn)行入隊列操作，可以進(jìn)行出隊列操作。
示例代碼如下：
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：
void SQTypeClear(SQType *q)
{
q->head=0;
q->tail=0;
}
將隊列頂指針head和尾指針tail設(shè)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(jié)構(gòu)所占用的內(nèi)存單元。由前面可知，在初始化隊列結(jié)構(gòu)時，使用了new關(guān)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(guān)鍵字釋放所占的內(nèi)存單元。
示例代碼如下：
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(jié)構(gòu)的基本操作，主要操作是將數(shù)據(jù)元素保存到隊列結(jié)構(gòu)。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(jìn)行出錯處理。否則執(zhí)行以下操作。
（2）設(shè)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：
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(jìn)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(dāng)前的值就是要插入的數(shù)組對應(yīng)的元素的位置，所以寫成q->tail++。
出隊列
出隊列是隊列結(jié)構(gòu)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(jìn)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：
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(jié)點數(shù)據(jù)
讀結(jié)點數(shù)據(jù)也就是讀取隊列結(jié)構(gòu)中結(jié)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(jié)點數(shù)據(jù)的操作和出隊列操作不同。讀結(jié)點數(shù)據(jù)的操作僅是顯示隊列頂結(jié)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：
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(jié)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：
int SQTypeLen(SQType *q)
{
return(q->tail-q->head);
}
隊列結(jié)構(gòu)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：
#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(shè)置隊首
q->tail=0; //設(shè)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(jié)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(jìn)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(jìn)行出棧操作："<<endl;
p=OutSQType(stack);
cout<<p->name<<","<<p->age<<endl;
cout<<"讀取首結(jié)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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