C++實(shí)現(xiàn)順序循環(huán)隊(duì)列和鏈?zhǔn)疥?duì)列

C++實(shí)現(xiàn)順序循環(huán)隊(duì)列和鏈?zhǔn)疥?duì)列


語(yǔ)言這個(gè)東西不用真的會(huì)忘鲫剿, 我記得前前后后C++的基本語(yǔ)法我也看了好幾遍了挂捅,一直沒(méi)有動(dòng)手寫過(guò)什么東西,所以一遍遍的看洪囤,一遍遍的忘... ...

正好最近在看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),想著自己用C++來(lái)實(shí)現(xiàn)一下撕氧,一方面是熟悉整個(gè)邏輯過(guò)程瘤缩,加深對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解,另一方面伦泥,也熟悉一下C++剥啤。

順序存儲(chǔ)循環(huán)隊(duì)列

棧是“先進(jìn)后出”(FIFO)的結(jié)構(gòu),與之相反不脯,隊(duì)列是“先進(jìn)先出”(FIFO)結(jié)構(gòu)府怯,就比如我們?cè)谝粋€(gè)窗口排隊(duì)打飯,那么先排隊(duì)的人一定先打好飯(當(dāng)然防楷,要排除插隊(duì)的情況)牺丙。

1.png

如上圖所示,如果還有兩個(gè)元素等待進(jìn)入隊(duì)列中時(shí)复局,第一個(gè)元素放到索引為6的位置冲簿,rear也向后移動(dòng)一個(gè)位置;第二個(gè)元素進(jìn)入隊(duì)列時(shí)亿昏,此時(shí)隊(duì)列中還有兩個(gè)位置峦剔,可是rear不能再往后移動(dòng)了,所以這樣會(huì)造成內(nèi)存的浪費(fèi)龙优,如果我們?cè)O(shè)定rear可以向前運(yùn)動(dòng)羊异,此時(shí)就解決了這種情況事秀,如圖所示:

2.png

如果按照這種設(shè)計(jì),需要注意一下幾點(diǎn):

  • 隊(duì)列滿的條件為(rear + 1) % QueueSize == front 時(shí)認(rèn)為棧滿野舶,如下圖所示:

    front == 2易迹, rear == 1, QueueSize == 7, (rear + 1) % QueueSize == 2 % 7 == 2 == front;

3.png
  • 計(jì)算隊(duì)列長(zhǎng)度的公式:(rear - front + QueueSize) % QueueSize,其中QueueSize為隊(duì)列的最大尺寸平道;

    如上圖所示睹欲,隊(duì)列長(zhǎng)度為(rear - front + QueueSize) % QueueSize == (1 - 2 + 7) % 7 == 6;

  • 入隊(duì)的操作:

    data[rear] = elem; //elem為需要入隊(duì)的元素;
    rear = (rear + 1) % max_size;

  • 出隊(duì)的操作

    front = (front + 1) % max_size;

代碼實(shí)現(xiàn):

const auto max_size = 100;

template <class T>
class Queue {
private:
    T front;
    T rear;
    T data[max_size];
public:
    Queue() : front{0}, rear{0} {}
    ~Queue() = default;
    int getLength() const {
        int length = (rear - front + max_size) % max_size;
        cout << "The length of the queue is " << length << endl;
        return length;
    }
    bool isEmpty() const {
        if (front == rear)
            return true;
        else
            return false;
    }
    bool isFull() const {
        if ((rear + 1) % max_size == front)
            return true;
        else
            return false;
    }
    void push_back(const T &elem) {
        if (isFull())
            cout << "The queue is full, push error!" << endl;
        else {
            data[rear] = elem;
            rear = (rear + 1) % max_size;
            cout << elem << " is pushed!" << endl;
        }
    }
    void pop_front() {
        if (isEmpty())
            cout << "The queue is empty, pop error!" << endl;
        else {
            auto elem = data[front];
            cout << elem << " is popped!" << endl;
            front = (front + 1) % max_size;
        }
    }
};

測(cè)試代碼:

/*
 * Software:Jetbrains clion 2022.1
 * Created by xiaoxin_zh@foxmail.com
 * Implementing CircularQueue with C++
 */

#include <iostream>

int main() {
    Queue<int> queue;
    queue.push_back(10);
    queue.push_back(20);
    queue.push_back(30);
    queue.push_back(40);
    queue.push_back(50);
    queue.getLength();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    return 0;
}

執(zhí)行結(jié)果:

4.png

鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)隊(duì)列

下圖所示為帶有頭結(jié)點(diǎn)的鏈?zhǔn)疥?duì)列一屋,front指向頭結(jié)點(diǎn)窘疮,rear指向隊(duì)尾的元素。

5.png

當(dāng)有元素入隊(duì)時(shí):

6.png

當(dāng)元素出隊(duì)時(shí)的兩種情況:

左圖為刪除的結(jié)點(diǎn)不是隊(duì)尾結(jié)點(diǎn)冀墨,右圖為刪除的結(jié)點(diǎn)為隊(duì)尾結(jié)點(diǎn):

7.png

實(shí)現(xiàn)代碼:

template<typename T>
class LinkedQueue;

template<typename T>
class Node {
    friend class LinkedQueue<T>;

private:
    T data;
    Node *next;
public:
    explicit Node(const T &data = 0) : data{data}, next{nullptr} {}

    ~Node() = default;
};

template<typename T>
class LinkedQueue {
private:
    Node<T> *front;
    Node<T> *rear;
    int length{0};
public:
    LinkedQueue() : front{new Node<T>}, rear{front}, length{0} {}

    ~LinkedQueue() = default;

    int getLength() const {
        cout << "The length of the queue is " << length << endl;
        return length;
    }

    bool isEmpty() const {
        if (front == rear)
            return true;
        else
            return false;
    }

    void push_back(const T &data) {
        auto temp = new Node<T>;
        temp->data = data;
        rear->next = temp;
        rear = temp;
        temp->next = nullptr;
        ++length;
        cout << data << " is pushed!" << endl;
    }

    void pop_front() {
        if (isEmpty()) {
            cout << "Pop error!" << endl;
            return;
        }
        else {
            auto temp = front->next;
            auto elem = temp->data;
            if (temp == rear) {
                rear = front;
                cout << elem << " is popped! The queue is empty now!" << endl;
            } else {
                front->next = temp->next;
                cout << elem << " is popped!" << endl;
            }
            delete temp;
            --length;
        }

    }
};

測(cè)試代碼:

/*
 * Software:Jetbrains clion 2022.1
 * Created by xiaoxin_zh@foxmail.com
 * Implementing LinkedQueue with C++
 */

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

int main() {
    LinkedQueue<int> queue;
    queue.isEmpty();
    queue.push_back(10);
    queue.push_back(20);
    queue.push_back(30);
    queue.getLength();
    queue.push_back(40);
    queue.push_back(50);
    queue.getLength();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.getLength();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.pop_front();
    queue.getLength();
    return 0;
}

執(zhí)行結(jié)果:

8.png
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