队列

概述

顾名思义，队列其实就类似于我们现实生活中的排队。在计算机科学中，队列是一种特殊的抽象数据类型(ADT)或集合，保存在这个集合中的实体按线性的逻辑次序排列。对队列中元素的操作，仅限于在队尾和队首进行，其中包括在队尾添加元素（入队，enqueue）以及移除队首的元素（出队，dequeue），这就使队列成为一种先进先出（FIFO，First-In-First-Out）的数据结构。

就像大家都知道的前两天刚发生的 ofo 总部排队退押金时间，也可以看作是一个队列。

上千位用户聚集到 ofo 总部门口排队退押金

在这里插句题外话，最近太多关于该不该向小黄车要押金的争论了，不管谁对谁错，毕竟小黄车也是曾经给我们带来过便利的，希望小黄车这次能够挺过去！

言归正传，在先进先出的数据结构中，第一个被添加到队列中的元素也会被第一个移除，这相当于在添加新元素之后，必须在删除新元素之前删除之前添加的所有元素。队列是线性数据结构的一个例子，或者更抽象地说是顺序集合。

队列提供计算机科学、传输和运筹学方面的服务，在这些服务中，各种实体(如数据、对象、人员或事件)被保存在队列中以供稍后处理，此时，队列实际上是作为缓冲区来使用。

ADT 接口

作为一种抽象数据类型，与栈类似，队列结构也有自己的操作接口。如下表所示。

操作	功能
size()	报告队列的规模（元素总数）
empty()	判断队列是否为空
enqueue(e)	将 e 插入队尾
dequeue()	删除队首对象
front()	引用队首对象

实现

队列常见的实现方式有两种，一种是基于链表的普通队列，另一种是基于数组的循环队列。

基于链表的普通队列

在此前的一篇文章中，我介绍了链表的实现方式，没有读过的朋友可以看看，手把手教你实现一个链表。在这一节中，我们将在这篇文章的基础上来实现队列。按照上文中描述的队列的操作接口，可实现 Queue 模板类如下：

#pragma once
#include "LinkedList.h"

template  class Queue {
private:
    LinkedList list;
public:
    int size() {
        return list.size();
    }

    bool empty() {
        return list.empty();
    }

    void enqueue(T const& e) { //入队，从尾部插入
        list.insertAsLast(e);
    }

    T dequeue() { //出队，从首部删除
        return list.remove(list.first());
    }

    T& front() { //队首
        return list.first()->data;
    }
};

image

这种基于链表的实现方式比较简单，也容易理解。而且它还继承了链表的最大的优点，那就是在内存允许的情况下，可以无限地往里面添加元素，也就是进行入队操作。

基于数组的循环队列

大家都知道，数组是一种顺序存储结构。如果单纯地用数组模拟队列，那么随着出队入队的操作，很容易导致「假溢出」。

系统作为队列用的存储区还没有满,但队列却发生了溢出,我们把这种现象称为「假溢出」。

但是如果在逻辑上，我们将其想象成一个环，那么除非数组空间被占满，否则可以一直往里添加元素，这样就不会造成空间的浪费，有效地避免了「假溢出」。

循环队列出入队示意图

下面是 C++ 代码实现：

#pragma once

#define MAX_SIZE 10 //最大容量
template  class CircularQueue {
private:
    int _size = 0; //队列当前规模
    int _front = 0; //队首指针
    int _rear = 0; //队尾指针
    T* _elem; //数据区
public:
    CircularQueue() {
        _elem = new T[MAX_SIZE];
    }

    int size() {
        return _size;
    }

    bool empty() {
        /*队空或队满时，队首指针和队尾指针都会相遇，此时应该根据队列的规模 size 来判断
          若 size=0，则队空，若 size=max_size，则队满*/
        return _front == _rear && _size == 0; 
    }

    bool enqueue(T const& e) { //入队
        if (_size == MAX_SIZE) return false; //若队已满，则返回false
        _elem[_rear] = e;
        _rear = (_rear + 1) % MAX_SIZE;
        _size++;
        return true;
    }

    T dequeue() { //出队
        if (empty()) return 0;
        T e = _elem[_front];
        _front = (_front + 1) % MAX_SIZE;
        _size--;
        return e;
    }

    T& front() {
        return _elem[_front];
    }
};

当队首指针 _front=MAX_SIZE-1 后，再前进一个位置就自动到 0，所以在元素出队之后，我们利用了求余操作来更新队首指针。同理，更新队尾指针时也是这样。使用循环队列时，用户必须提前预知队列的最大容量，且一旦最大容量固定下来，就不可更改。

以上就是向大家介绍的队列的全部内容了。本篇文章中的代码已上传至 GitHub，点击这里即可获得。这是 2018 年的最后一篇推送了，祝大家新年快乐！2019 年再见哦！

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