C++ 队列详解
C++ 队列详解
一、队列的基本概念
队列（Queue）是一种线性数据结构，它遵循先进先出（First In First Out，简称FIFO）的原则。在队列中，新元素总是被添加到队尾，而旧元素则从队首移除。队列的实现通常使用两个指针，一个指向队首，另一个指向队尾。当队尾指针到达数组的末尾时，它将回到数组的开头，形成一个循环。
二、C++ 队列的实现原理
1. 初始化队列
为了实现队列，我们需要定义一个队列类，包含以下成员变量：
queue：存储队列元素的数组；front：指向队首元素的指针；rear：指向队尾元素的指针。
初始化队列时，需要将 front 和 rear 指针都指向数组的第一个元素。
class Queue {
public:
int *queue;
int front, rear;
int size;
};
2. 入队操作
入队操作是指将元素添加到队列的尾部。首先，我们需要检查队列是否已满（即 size 是否等于队列的最大容量）。如果队列未满，我们可以将新元素添加到队尾，并更新 rear 指针。如果队列已满，我们需要将队尾元素移除，以便为新元素腾出空间。
void enqueue(Queue &q, int item) {
if (q.size == q.queueSize) { // 如果队列已满，移除队尾元素
q.dequeue();
}
q.queue[q.rear] = item; // 添加新元素到队尾
q.rear = (q.rear + 1) % q.queueSize; // 更新队尾指针
q.size++; // 更新队列大小
}
3. 出队操作
出队操作是指从队列的头部移除一个元素。首先，我们需要检查队列是否为空（即 front 是否等于 rear）。如果队列为空，我们无法进行出队操作。如果队列不为空，我们可以将队首元素赋值给 front 指针，并将 front 指针向前移动一位。最后，我们需要更新队列的大小。
void dequeue(Queue &q) {
if (q.front == q.rear) { // 如果队列为空，无法进行出队操作
return;
}
q.queue[q.front] = -1; // 将队首元素设置为特殊值（例如 -1）表示已移除
q.front = (q.front + 1) % q.queueSize; // 更新队首指针
q.size--; // 更新队列大小
}
4. 获取队首元素和判断队列是否为空的操作省略，因为它们可以通过简单的条件语句实现。
三、算法流程及示例代码
下面是一个简单的示例，演示了如何使用上述实现的队列类进行入队和出队操作：
#include<bits/stdc++.h> // 引入标准库头文件
#define reg register // 定义寄存器宏
using namespace std; // 使用命名空间std
// 定义一个读取输入的函数read
inline int read(){
int x=0,f=1; // 初始化变量x和标志位f
char ch=getchar(); // 读取一个字符
while(ch<'0'||ch>'9'){ // 如果字符不是数字，则继续读取
if(ch=='-') f=-1; // 如果字符是负号，则将标志位设为-1
ch=getchar(); // 读取下一个字符
}
while(ch>='0'&&ch<='9'){ // 如果字符是数字，则将其转换为整数并累加到x中
x=(x<<1)+(x<<3)+(ch^48);
ch=getchar(); // 读取下一个字符
}
return x*f; // 返回转换后的整数结果
}
// 定义一个输出函数write
void write(int x){
if(x<0){ // 如果x小于0，则先输出负号，再将x取绝对值
putchar('-');
x=-x;
}
if(x>9) write(x/10); // 如果x大于9，则递归调用write函数输出除个位数外的数
putchar(x%10+'0'); // 输出x的个位数
return ;
}
queue<int > a; // 定义一个整型队列a
int main(){
int n=read(); // 读取操作次数n
while(n--){ // 循环执行n次操作
int op=read(); // 读取操作类型op
if(op==1){ // 如果操作类型op为1，则读取一个整数x并将其入队
int x=read();
a.push(x);
}
else if(op==2){ // 如果操作类型op为2，则弹出队列头部元素（如果队列为空，则输出错误信息）
if(a.empty()){
printf("ERR_CANNOT_POP\n");
}
else{
a.pop();
}
}
else if(op==3){ // 如果操作类型op为3，则输出队列头部元素（如果队列为空，则输出错误信息）
if(a.empty()){
printf("ERR_CANNOT_QUERY\n");
}
else{
printf("%d\n",a.front());
}
}
else{ // 如果操作类型op为其他值，则输出队列的大小（即队列中元素的个数）
printf("%d\n",a.size());
}
}
return 0; // 程序正常结束，返回0
}
