队列 - 从零开始实现by C++
参考链接:数据结构探险—队列篇
数据结构太重要了,不学好是没法进行软件开发的。
C++写数据结构基本套路:一个.h文件写该数据结构类的接口;一个.cpp文件写接口的具体实现;一个main.cpp用于测试。
队列
队列的模型
想象一下现实生活中的队列,排队先入先出,不允许插队,队头先出,队尾进入。(应用:营业厅自动排号机)
队列的编程实现方式
环形队列,数组实现,静态的,事先确定队列容量,人为取余,循环利用数组资源。
普通队列,链表实现,动态的,有点浪费,因为插入删除只在队列头尾进行。
队列的基本元素
要操纵队列,必须要有一个数组(指针),队列长度,队列容量;然后用队列头和队列尾操纵队列。
环形队列中队列头和队列尾到底意味着什么?对尾指向最后一个元素的下一个位置。
队列的基本操作
创建队列,销毁队列,清空队列,队列判空,队列判满,队列长度;元素入队,元素出对,遍历队列
基本操作的实现
创建队列:构造函数实现,函数参数为队列容量;此步需要完成的任务:形成数组实体,即分配内存,将一些队列基本元素初始化。
销毁队列:析构函数实现,释放内存,指针置空。
清空队列:指针不动,基本元素初始化
队列判空:通过长度判断
队列判满:通过长度和容量判断
队列长度:直接返回
元素入队:判断能否插入,能则插入,更新队列基本信息(技巧)
元素出对:判断是否有东西可以删除,更新队列基本信息
遍历队列:循环,从头到尾,遍历(输出)
大部分的操作都是针对队列基本元素的,会利用和改变它。(所以用C++其实是简化了,只需考虑类内数据元素)
写一个大型的数据结构很难,很容易就会出现某些细小的错误,如果无法控制这些细小的错误,那等程序大起来之后,就很难很难找错和调试了。
C++实现步骤
- 首先,把上面的流程走一遍,做到心中有数。
- 设计队列的接口(建议写在一个单独文档里,以便随时查阅),先不谈具体实现;(照着抄很容易,关键要会默写)
- 实现,核心功能,创建,插入,删除,遍历显示,调试成功
- 补充其他核心功能
代码要写好,还真是太难了,首先要正确的命名,其次大小写还不能搞错,在使用的时候还要一一对应。
函数的返回值、函数名、参数等等,都不允许有错误。(很难一次性写好,在实现时慢慢修正)
初次亲手敲代码的体会:队列的代码量确实很少,接口20多行;实现80多行,测试20多行,根本就不算多;但是写起来还是感觉很难,之前敲书本上的单个例题,感觉还没什么难度;队列元素太多,基本的5个元素,操作太多,9个基本操作,操作之间部分依赖;我对C++的语法也不算太熟悉,有些卡顿;东西太多,太杂,名称太长,导致我眼花缭乱。
课程笔记
这是之前C++的进阶课,数据结构:一群数据以及数据之间的关系(集合+关系),数据结构是前人经验的总结,所以你学习借鉴就好了,不要钻牛角尖。
队列是先入先出的数学模型,队列中很少用到位序,因为只能对首尾进行操作,载入元素默认实在队尾,删除元素默认是在队头。
队列分为普通队列和环形队列
普通队列:分两种情况,一是队头离开,后面全部前移;二是队头离开,不移,往后继续排,这两种结果都不好
环形队列:充分利用资源,也不牺牲效率;队头队尾重叠只有两种情况,要么为空,要么为满。
队列的C和C++实现方式是大为不同的
在C++中,队列被写成了类,每一个具体队列都是该类的实例;而C语言中,只是简单定义了个结构体,C语言函数的参数中一定要含有队列的地址,而C++因为写在了类中,则不用传参数。
标准C++代码
#pragma once
//MyQueue.h
//环形队列C++实现
class MyQueue
{
public:
MyQueue(int queueCapacity); //InitQueue(&Q)创建队列
virtual ~MyQueue(); //DestroyQueue(&Q)销毁队列
void ClearQueue(); //ClearQueue(&Q)清空队列
bool QueueEmpty() const; //QueueEmpty(&Q)判空队列
int QueueLength() const; //QueueLength(Q)队列长度
bool QueueFull() const; bool EnQueue(int element); //EnQueue(&Q, element)新元素入队
bool DeQueue(int &element); //DeQueue(&Q, &element)首元素出队
void QueueTraverse(); //QueueTraverse(Q, visit())遍历队列
private:
int *m_pQueue; //队列数组数组
int m_iQueueLen; //队列元素个数
int m_iQueueCapacity; //队列数组容量 int m_iHead;
int m_iTail;
};
//MyQueue.cpp
#include"MyQueue.h"
#include<iostream>
using namespace std; MyQueue::MyQueue(int queueCapacity)
{
m_iQueueCapacity = queueCapacity;
m_iHead = 0;
m_iTail = 0;
m_iQueueLen = 0;
m_pQueue = new int[m_iQueueCapacity];
} MyQueue::~MyQueue()
{
delete[]m_pQueue;
m_pQueue = nullptr;
} void MyQueue::ClearQueue()
{
m_iHead = 0;
m_iTail = 0;
m_iQueueLen = 0;
} bool MyQueue::QueueEmpty() const
{
if (m_iQueueLen == 0)
return true;
else
return false;
} bool MyQueue::QueueFull() const
{
if (m_iQueueLen == m_iQueueCapacity)
return true;
else
return false;
} int MyQueue::QueueLength() const
{
return m_iQueueLen;
} bool MyQueue::EnQueue(int element)
{
if (QueueFull())
return false;
else
{
m_pQueue[m_iTail] = element;
m_iTail++;
m_iTail = m_iTail % m_iQueueCapacity;
m_iQueueLen++;
return true;
}
} bool MyQueue::DeQueue(int &element)
{
if (QueueEmpty())
return false;
else
{
element = m_pQueue[m_iHead];
m_iHead++;
m_iHead = m_iHead % m_iQueueCapacity;
m_iQueueLen--;
return true;
}
} void MyQueue::QueueTraverse()
{
for (int i = m_iHead; i < m_iQueueLen + m_iHead; i++)
{
cout << m_pQueue[i%m_iQueueCapacity] << endl;
}
}
//demo.cpp
#include<iostream>
#include"MyQueue.h"
using namespace std; int main()
{
MyQueue *p = new MyQueue(4);
p->EnQueue(1);
p->EnQueue(0);
p->EnQueue(11);
p->QueueTraverse();
p->ClearQueue();
cout << "after clear: " << endl;
p->QueueTraverse();
if (p->QueueEmpty())
cout << "Empty queue" << endl;
else
cout << "Not Empty" << endl;
p->EnQueue(5);
p->EnQueue(15);
p->EnQueue(25);
cout << p->QueueLength() << endl;
int tmp;
p->DeQueue(tmp);
cout << "tmp is " << tmp << endl;
cout << p->QueueLength() << endl;
return 0;
}
实际应用
节点的数据可以是任意类型的数据,ElemType为Customer
//Customer.h
#pragma once
#include <string>
using namespace std; class Customer
{
public:
Customer(string name = "", int age = 0);
void printInfo() const;
private:
string m_strName;
int m_iAge;
};
//Customer.cpp
#include<iostream>
#include"Customer.h"
using namespace std; Customer::Customer(string name, int age)
{
m_strName = name;
m_iAge = age;
} void Customer::printInfo() const
{
cout << "Name: " << m_strName << endl;
cout << "Age: " << m_iAge << endl;
cout << "=================" << endl;
}
//demo.cpp
#include<iostream>
#include"MyQueue.h"
using namespace std; int main()
{
MyQueue *p = new MyQueue(4);
Customer c1("zhangsan", 20);
Customer c2("lisi", 30);
Customer c3("wangwu", 24); p->EnQueue(c1);
p->EnQueue(c2);
p->EnQueue(c3); p->QueueTraverse(); cout << endl;
Customer c4;
p->DeQueue(c4);
cout << "this is c4: " << endl;
c4.printInfo(); cout << "this is QueueTraverse: " << endl;
p->QueueTraverse();
return 0;
}
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