C++学习笔记——队列模拟

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目录

一、模拟队列

二、模拟队列的知识点

三、队列

3.1入队操作

3.2出队操作

3.3访问队首元素

3.4访问队尾元素

3.5判断队列是否为空

3.6获取队列的大小

四、实现队列的基本功能

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一、模拟队列

当涉及到数据存储和处理时，队列是一种常见的数据结构，遵循先进先出（FIFO）的原则。以下是关于队列的详细知识点介绍：

1. 队列是一种线性数据结构，由一系列按顺序排列的元素组成。
2. 队列具有两个端点，即队首（Front）和队尾（Rear）。
3. 元素只能从队尾插入队列（入队），从队首移除队列（出队）。
4. 队列的操作主要有入队、出队、获取队首元素、获取队列大小和判断队列是否为空。
5. 入队操作将元素插入到队尾，出队操作将队首元素移除并返回。
6. 获取队首元素操作可以查看队列中的第一个元素，但不会将其移除。
7. 获取队列大小操作返回当前队列中的元素个数。
8. 判断队列是否为空操作用于检查队列是否不包含任何元素。
9. 队列可以用数组或链表等数据结构实现。

对于使用数组实现的队列：

10. 数组必须具有固定大小，以存储队列中的元素。

11. 使用两个指针（front和rear）来跟踪队首和队尾的位置。

12. 入队操作将元素插入到rear指针所指向的位置，然后将rear指针向后移动。

13. 出队操作将front指针向后移动，并返回front指针所指向的元素。

对于使用链表实现的队列：

14. 链表可以动态地增加和删除节点，没有固定大小的限制。

15. 使用一个指针（head）来跟踪队首的位置，使用另一个指针（tail）来跟踪队尾的位置。

16. 入队操作在链表尾部插入新节点，并将tail指针指向新节点。

17. 出队操作将head指针向后移动，并删除原来的队首节点。

队列的应用场景包括但不限于：

• 任务调度：按照先到先服务的原则，处理多个任务。
• 缓冲区管理：处理输入和输出之间速度不匹配的情况。
• 广度优先搜索：在树或图的遍历过程中，按层次遍历节点。

以上是关于队列的详细知识点介绍，它们可以帮助你理解队列的概念、操作和应用。

二、模拟队列的知识点

1. 队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，类似于现实生活中排队的概念。
2. C++标准库中的队列类是std::queue，定义在<queue>头文件中。
3. 使用队列之前，需要包含头文件<queue>和使用命名空间std。
4. 创建队列对象的语法：std::queue<数据类型> 队列名。
5. 入队操作使用push方法，将元素添加到队尾。
6. 出队操作使用pop方法，移除队列中的第一个元素。
7. 使用front方法可以访问队首元素。
8. 使用back方法可以访问队尾元素。
9. 使用empty方法判断队列是否为空。
10. 使用size方法获取队列的大小。
11. 队列内部使用了循环缓冲区（circular buffer）来存储元素，所以入队和出队的时间复杂度都是O(1)。
12. 队列不支持随机访问，只能从队首开始按顺序访问和处理元素。

三、队列

是一个非常常见的数据结构。它遵循先进先出（FIFO）的原则，类似于现实生活中排队等待的概念。在C++中，使用标准库中的队列类std::queue可以方便地实现队列的操作。

要使用队列，首先需要包含头文件<queue>和使用命名空间std：

#include <queue>
using namespace std;

创建队列对象的语法如下：

std::queue<数据类型> 队列名;

例如，创建一个整型队列的示例：

std::queue<int> myQueue;

接下来，可以使用以下方法对队列进行操作：

3.1入队操作

• 使用push方法将元素添加到队尾：

myQueue.push(10);
myQueue.push(20);
myQueue.push(30);

3.2出队操作

• 使用pop方法移除队列中的第一个元素：

myQueue.pop();

3.3访问队首元素

• 使用front方法可以访问队首元素：

int frontElement = myQueue.front();

3.4访问队尾元素

• 使用back方法可以访问队尾元素：

int backElement = myQueue.back();

3.5判断队列是否为空

• 使用empty方法可以判断队列是否为空：

if (myQueue.empty()) {
    // 队列为空
} else {
    // 队列不为空
}

3.6获取队列的大小

使用size方法可以获取队列中元素的个数：

int sizeOfQueue = myQueue.size();

需要注意的是，队列类使用了循环缓冲区（circular buffer）来存储元素，因此入队和出队的时间复杂度都是O(1)，即常数时间。但是，队列不支持随机访问，只能从队首开始按顺序访问和处理元素。

四、实现队列的基本功能

例如任务调度、缓冲区管理、广度优先搜索等。你可以根据具体需求对队列进行进一步的操作和扩展，比如在队列中存储自定义的对象、使用循环结构处理队列中的元素等。5

使用C++标准库中的队列（queue）来模拟队列操作的示例代码：

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    std::queue<int> myQueue;

    // 入队操作
    myQueue.push(10);
    myQueue.push(20);
    myQueue.push(30);

    // 获取队列大小
    std::cout << "队列的大小：" << myQueue.size() << std::endl;

    // 判断队列是否为空
    if (myQueue.empty()) {
        std::cout << "队列为空" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "队列不为空" << std::endl;
    }

    // 访问队首元素
    std::cout << "队首元素：" << myQueue.front() << std::endl;

    // 出队操作
    myQueue.pop();

    // 访问队首元素
    std::cout << "出队后的队首元素：" << myQueue.front() << std::endl;

    // 获取队列大小
    std::cout << "队列的大小：" << myQueue.size() << std::endl;

    return 0;
}

解释：

1. 首先，我们包含了 <iostream> 和 <queue> 头文件，分别用于输入输出和使用队列。

2. 在 main 函数中，我们创建了一个整型队列 myQueue。

3. 使用 push 方法将三个整数 10、20 和 30 入队。

4. 使用 size 方法获取队列的大小，并使用 std::cout 打印出来。

5. 使用 empty 方法判断队列是否为空，并根据结果打印相应的信息。

6. 使用 front 方法访问队首元素，并使用 std::cout 打印出来。

7. 使用 pop 方法进行出队操作，移除队列中的第一个元素。

8. 再次使用 front 方法访问新的队首元素，并使用 std::cout 打印出来。

9. 再次使用 size 方法获取队列的大小，并使用 std::cout 打印出来。

注意：队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，使用 push 方法将元素添加到队尾，使用 pop 方法将元素从队首移除。front 方法用于访问队首元素，size 方法用于获取队列的大小，empty 方法用于判断队列是否为空。

运行该代码，将输出以下结果：

队列的大小：3
队列不为空
队首元素：10
出队后的队首元素：20
队列的大小：2

这个例子展示了如何使用C++标准库中的队列，进行入队、出队、访问队首元素以及获取队列大小等基本操作。你可以根据需要对队列进行进一步的操作和扩展。