C/C++编程：STL queue原理探究

概述

• queue是一种先进先出（FIFO）的数据结构，它有两个出口，如下图
• queue允许移除最前面元素、新增最后面元素，访问最前面和最后面的元素
• 但是，除了可以移除最前面的元素，从最后面插入元素之外，没有其他任何反复可以存取deque的其他元素。也就是说，queue不允许有遍历行为

理论

构造

​​​​

• 缺省情况下，queue以deque作为底层容器，以实现FIFO的功能。
• 由于queue是以底部容器完成其所有工作，而而具有这种修改某物接口，形成令一种风貌的性质者，叫做adapter（适配器）。因此，queue往往不被归类为容器(container)，而是叫做容器适配器(container adapter)

其实现如下：

实现

成员函数

queue没有迭代器

queue所有元素的进出都必须符合”先进先出“的条件，只有deque顶端的元素，才有机会被外界取用。queue不提供遍历功能，也不提供迭代器。

实践

用户自定义queue

/* ************************************************************
 *  Queue.hpp
 *   - safer and more convenient queue class
 * ************************************************************/
#ifndef QUEUE_HPP
#define QUEUE_HPP

#include 
#include 

template <typename T>
class Queue {
  protected:
    std::deque<T> c;        // container for the elements

  public:
    // exception class for pop() and front() with empty queue
    class ReadEmptyQueue : public std::exception {
      public:
        virtual const char* what() const throw() {
            return "read empty queue";
        }
    };
  
    // number of elements
    typename std::deque<T>::size_type size() const {
        return c.size();
    }

    // is queue empty?
    bool empty() const {
        return c.empty();
    }

    // insert element into the queue
    void push (const T& elem) {
        c.push_back(elem);
    }

    // remove next element from the queue and return its value
    T pop () {
        if (c.empty()) {
            throw ReadEmptyQueue();
        }
        T elem(c.front());
        c.pop_front();
        return elem;
    }

    // return value of next element
    T& front () {
        if (c.empty()) {
            throw ReadEmptyQueue();
        }
        return c.front();
    }
};

#endif /* QUEUE_HPP */

#include 
#include 
#include 
#include "Queue.hpp"      // use special queue class
using namespace std;

int main()
{
   try {    
      Queue<string> q;

      // insert three elements into the queue
      q.push("These ");
      q.push("are ");
      q.push("more than ");

      // pop two elements from the queue and print their value
      cout << q.pop();
      cout << q.pop();

      // push two new elements
      q.push("four ");
      q.push("words!");

      // skip one element
      q.pop();

      // pop two elements from the queue and print their value
      cout << q.pop();
      cout << q.pop() << endl;

      // print number of remaining elements
      cout << "number of elements in the queue: " << q.size()
           << endl;

      // read and print one element
      cout << q.pop() << endl;
   }
   catch (const exception& e) {
      cerr << "EXCEPTION: " << e.what() << endl;
   }
}

以list作为queue的底层容器

除了deque之外，list也有双向开口的数据结构。而且queue使用的底层容器的函数有empty、size、back、push_back、pop_back…，list都具备。所以，可以指定list作为stack的底层容器

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main()
{
    std::queue<int, std::list<int>> queue;
    queue.push(1);
    queue.push(2);
    queue.push(3);
    queue.push(7);


    std::cout << queue.front() << ", " << queue.back() <<"\n";


    queue.pop();    std::cout << queue.front() << ", " << queue.back() <<"\n";
    queue.pop();    std::cout << queue.front() << ", " << queue.back() <<"\n";
}

成员函数

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

void main()
{
	queue<int>s;
	s.push(1);
	s.push(2);   //将val加入队列
	s.push(3);
	cout << "当前队列中的元素数目" << s.size() << endl;
	cout << "返回队列第一个元素的引用" << s.front() << endl;
	cout << "返回队列最后一个元素的引用" << s.back() << endl;
	// 1 2 3
	s.pop();  //删除队列的第一个元素，队列：先进先出
	// 2 3 
	cout << "返回队列第一个元素的引用" << s.front() << endl;
	cout << "返回队列最后一个元素的引用" << s.back() << endl;
	if (s.empty())  cout << "Is empty" << endl;  //队列为真返回空
	else  cout << "Is not empty" << endl;
	system("pause");
}

如何清空队列

直接用空的队列对象赋值

queue<int> q1;
// process
// ...
q1 = queue<int>();

遍历出队列

while (!Q.empty()) Q.pop();

使用swap，这种是最高效的，定义clear，保持STL容器的标准

void clear(queue<int>& q) {
    queue<int> empty;
    swap(empty, q);
}