C++数组实现队列

队列是一种先进先出的数据结构,队列元素从队头出队,从队尾入队,如一组数入队顺序为:5 4 3 2 1,则出队顺序也为:5 4 3 2 1。

这里使用动态数组实现一个简易队列,该实现主要通过三个标识符标记队列元素

int m_length; //队列实际元素个数
int m_head; //下一次出队位置
int m_tail; //下一次入队位置

主要实现接口:

enqueue()

元素入队

front()

返回队头元素

dequeue()

元素出队

初始时队列为空,​​m_head​​​和​​m_tail​​​指向同一个位置,​​m_length​​为0

C++数组实现队列_出队

入队示意:

C++数组实现队列_数据结构_02

可以看出队列满时​​m_head​​​和​​m_tail​​​指向的位置也相同,此时通过​​m_length​​判断队列是满(N)或空(0)

出队示意:

C++数组实现队列_出队_03

通过示意图分析,实现思路如下:

如何入队?

使用​​enqueue()​​接口

  1. 入队从队尾进,只看​​m_tail​​​(下一次入队位置)和​​m_length​​(队列元素个数)
  2. 元素入队后​​m_tail​​​位置循环加1,​​m_length​​​自增1,​​m_length​​等于最大容量 N 时队列满

如何获取队头元素?

使用​​front()​​接口

返回队头下标​​m_head​​对应元素即可

如何出队?

使用​​dequeue()​​接口

  1. 出队从队头出,只看​​m_head​​​(下一次出队位置)和​​m_length​​(队列元素个数)
  2. 元素出队后​​m_head​​​位置循环加1,​​m_length​​​自减1,​​m_length​​等于 0 时队列空
#include<iostream>
#include<cassert>

template<typename T, int N>
class ArrayQueue
{
private:
T m_array[N];
int m_length;
int m_head;
int m_tail;

public:
ArrayQueue()
{
m_length = 0;
m_head = 0;
m_tail =0;
}
~ArrayQueue() = default;

void enqueue(const T& e)
{
if ( m_length < N )
{
m_array[m_tail] = e;
m_tail = (m_tail + 1) % N;
m_length++;
}
}

T front() const
{
if ( m_length > 0 )
{
return m_array[m_head];
}
else
{
throw std::out_of_range("no element in queue ...");
}
}

void dequeue()
{
if ( m_length > 0 )
{
m_head = (m_head + 1) % N;
m_length--;
}
}

void clear()
{
m_head = 0;
m_tail = 0;
m_length = 0;
}

int capacity() const
{
return N;
}

int length() const
{
return m_length;
}
};

int main()
{
ArrayQueue<int, 5> array_queue;

for ( int i = 5; i > 0; --i )
{
array_queue.enqueue(i);
}

for ( int i = 0; i < 5; ++i )
{
std::cout << array_queue.front() << " ";
array_queue.dequeue();
}
std::cout << std::endl;

return 0;
}
//运行结果
5 4 3 2 1

参考

  • 狄泰软件学院:数据结构实战开发