隊列的各種實現方式

隊列是什么？？？

　　今天我們來談一談隊列。

　　隊列同樣是一種線性表，但其運算受到一定的限制。其限制在於僅允許在隊的一段（這里我們把它叫做隊尾）進行插入操作，另一端（把它叫做隊首）則進行刪除操作。

　　這和現實生活中的排隊類似，由於有秩序，整個隊列遵循先進先出原則。故又把隊列稱為先進先出表。

　　我們首先用數組對其進行模擬。

隊列之數組實現：

 

//數組模擬隊列
#include<iostream>
#include<cstdlib>
# define maxn 10001 
using namespace std;

int queue[maxn];
int front = -1;//指向隊首 
int rear = -1;//指向隊尾 

void add(int temp)//入隊操作 
{
    if(rear>=maxn)
    cout<<"The queue is full!"<<endl;
    else queue[++rear]=temp;
    return;
}

int del()//出隊操作 
{
    if(rear==front) return  -1;
    int temp;
    temp=queue[++front];
    queue[front]=-1;
    return temp;
}

void display()//顯示隊中元素（從隊首到隊尾） 
{
    if(rear==front)
    {
        cout<<"The queue is empty!"<<endl;
        return;
    }
    int i=front;
    cout<<"The front is :  "<<front<<endl;
    cout<<"The rear is  :  "<<rear<<endl;
    cout<<"The queue is :  ";
    while(i<rear)
    {
        cout<<queue[++i]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    return;
}

int main()
{
    int ins;
    int i,temp;
    while(1)
    {
        cout<<"1.Input a data."<<endl;
        cout<<"2.Output a data."<<endl;
        cout<<"3.Exit."<<endl;
        cin>>ins;
        switch(ins)
        {
            case 1:
                cout<<"Please input a value: ";
                cin>>temp;
                add(temp);
                cout<<endl;
                break;
            case 2:
                temp=del();
                if(temp==-1) cout<<"The queue is empty!"<<endl;
                else cout<<"The out value is: "<<temp<<endl;
                break;
            case 3: return 0;
        }
        display();
        system("pause");
        system("cls");
    }
    return 0; 
} 

　　在以上代碼實現的過程中，我們可以發現，每次出隊操作后都會有數組的空間浪費，這會導致隊滿后仍有大量空間浪費，我們稱之為“假溢出”。

　　解決假溢出的方法是將線型數組擬成環形，將線性隊列擬為循環隊列，這樣便可以避免大量空間浪費。

　　不過，口頭上說有些抽象，讓我們看圖。

 

　　每當隊尾達到數組的最大長度時，我們便將下一個待插入的元素的插入位置（即隊尾）轉移至數組首端，若該位置可插入，則插入成功，否則判斷隊滿。

　　可以看出：

　　隊空時，rear==front;

　　隊滿時，((rear+1)%maxn==front);

　　隊空時的條件應該很好理解，這里我們只說說隊滿時的條件討論。

　　這里的maxn代表隊列的最大長度，但為什么要做((rear+1)%maxn==front)的條件判斷呢？

　　首先，取模操作無疑是為了使我們的隊列“循環”起來。但是(rear+1)%maxn的目的是為了什么呢？

　　假設為(rear%maxn==front)為判斷條件，可知有rear始終位於0~maxn之間，則存在將(rear%maxn==front)轉化為(rear==front)的情況。因此，我們可能會將隊滿的情況判斷為隊空的情況（反之亦可）。

　　所以，在判斷條件中給rear加上一個1是為了在對尾與隊首之間隔出一個空位，以區分隊滿與隊空兩種情況。

　　OK，優化過程分析到這就結束了，下面見代碼。

數組循環隊列：

 

//循環隊列
#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<cstring>
# define maxn 10
using namespace std;

int queue[maxn];
int front = 0;//隊首指針 
int rear = 0;//隊尾指針 

void add(int temp)
{
    if((rear+1)%maxn==front)
    cout<<"The queue is full!"<<endl;
    else
    {
        queue[rear]=temp;
        rear=(rear+1)%maxn;
    }
    return;
}

int del()
{
    if(front==rear) return -1;
    int temp=queue[front];
    queue[front]=-1;
    front=(front+1)%maxn;
    return temp;
}

void display()
{
    if(front==rear) cout<<"The queue is empty!"<<endl;
    else
    {
        int i=front;
        cout<<"front is :  "<<front<<endl;
        cout<<"rear is :  "<<rear<<endl;
        cout<<"The queue is :  ";
        while(i!=rear)
        {
            cout<<queue[i]<<" ";
            i=(i+1)%maxn;
        }
        cout<<endl;
    }
}
int main()
{
    int ins,temp;
    memset(queue,-1,sizeof(queue));
    while(1)
    {
        cout<<"1.Input a data."<<endl;
        cout<<"2.Outout a data."<<endl;
        cout<<"3.Exit."<<endl;
        cin>>ins;
        switch(ins)
        {
            case 1 :
                cout<<"Please input a value :　";
                cin>>temp;
                add(temp);
                cout<<endl;
                break;
            case 2 :
                temp=del();
                if(temp==-1) cout<<"The queue is Empty! "<<endl;
                else cout<<"The out value is : "<<temp<<endl;
                break;
            case 3 :return 0;
        }
        display();
        system("pause");
        system("cls");
    }
    return 0;
}

 

　　下面，為了對比，我簡單給出鏈表模擬隊列的代碼，這里就不再贅述了。

//鏈表仿真隊列 
#include  <iostream>
#include  <cstdlib>
using namespace std;
typedef struct QueueNode node;
typedef struct QueueNode *link;
struct QueueNode
{
  int data;
  struct QueueNode *next;
};

link front =NULL;//隊頭 
link rear =NULL; //隊尾 

void addqueue(int value)
{
   link new_node;
   new_node=(link)malloc(sizeof(node));
   new_node->data=value;
   new_node->next=NULL;
   if(front==NULL)  //若為隊列第一個元素 
     front=new_node;
   else
     rear->next=new_node;
   rear=new_node;
}   

int delqueue()
{
   link top;
   int temp;
   if(front!=NULL)
   {
     top=front;
     front=front->next;
     temp=top->data;
     free(top);
     return temp;
   }
   else
   {
     rear=NULL;
     return -1;     
   }
}

void display()
{
  link point;
  point=front;  
  cout<<"The queue is :  "; 
  while(point!=NULL)
  {
    cout<<point->data<<' ';
    point=point->next;                  
  }
  cout<<endl;
}
   

int main()
{
  int select;
  int i,temp;
  while(1)
  {
    cout<<"1.Input a data\n";
    cout<<"2.Output a data\n";
    cout<<"3.Exit\n";
    cin>>select;
    switch(select)
    {
      case 1:cout<<"Please input a value: ";
             cin>>temp;
             addqueue(temp);
             break;
      case 2:if(delqueue()==-1)//如果隊列是空
               cout<<"The queue is empty!\n";
             else
               cout<<"The out value is: "<<temp<<endl;
             break;

       case 3:return 0;
    } 
    display(); 
    cout<<endl<<endl;
    system("pause");
    system("cls");   
  }
  return 0;
}         

　　關於隊列的討論就到這里了，若有不足，請指正！