队列的三种实现方式

data_structure

简介

三种实现方式，其实就是指，循环队列如何实现判空判满，区别就在这一块，原因是，如果不修改普通队列，会出现二义性，因为空满的状态其实是同一种状态。 下面介绍这三种方式。

方式一

通过空出一个位置，解决判空/满的冲突，这是第一次介绍循环队列，附上全部实现：

//模板头文件
template<class T,int MAXSIZE>       //定义类模板CirQueue
class CirQueue  
{
public:
    CirQueue();
    ~CirQueue();
    void EnQueue(T x);//入栈操作，将元素x入栈
    T DeQueue();    //出栈操作，将队头元素出队
    T GetQueue();   //取队头元素
    bool IsFull();  //判断队列是否为满
    bool Empty();   //判断队列是否为空
private:
    T data[MAXSIZE];    //元素域
    int front,rear;     //队头和队尾的指针
};

队列，其实很简单，他是只允许在一端进行插入，而在另一端进行删除的运算受限的线性表，所以比较容易掌握。

下面附上具体函数的实现：

/*
*   无参构造函数，
*/
template<class T,int MAXSIZE>
CirQueue<T,MAXSIZE>::CirQueue()
{
    front=rear=0;
}
/*
*   入队函数，因为要求在队尾增加元素，
*   所以，如果线性表未满
*   让尾指针向后移，为了不出现假溢出，充分利用空间，
*   所以有取模操作，当到达尾部最大值，则回到0，重新开始。
*   插入时先移动指针，后插入
*/
template <class T,int QueueSize>
void CirQueue<T,QueueSize>::EnQueue(T x)
{
    if(IsFull())    //判满
    {   
        cout<<"上溢"<<endl;
        return;
    }
    rear = (rear+1) % QueueSize;            //队尾指针在循环意义上加1
    data[rear] = x;                         //在队尾处插入元素
}
/*
*   出队函数，在队头弹出元素，
*   所以，如果线性表不空
*   头指针后移，指向当前的第一个元素，如果当前头指针指向最后一个格子
*   那么进行取模操作，回到0位置。
*/
template <class T,int QueueSize>
T CirQueue<T,QueueSize>::DeQueue()
{
    if(Empty()) //判空
    {
        cerr<<"下溢"<<endl;
    }
    front = (front+1) % QueueSize;          //队头指针在循环意义上加1
    return data[front];                     //读取并返回出队前的队头元素
}
/*
* 取队头元素，不出队伍。
*/
template <class T,int QueueSize>
T CirQueue<T,QueueSize>::GetQueue()
{
    if(Empty()) //判空
    {
        cerr<<"下溢"<<endl;
        exit(0);
    }
    int i = (front+1) % QueueSize;      //队头指针在循环意义上加1
    return data[i];
}
/*
* 判空函数
* 如果当两指针重合，队列为空
*/
template <class T,int QueueSize>
bool CirQueue<T,QueueSize>::Empty()
{
    return front == rear;
}
/*
* 判满函数
* 如果尾指针逻辑后一格为头指针
* 表示空间满
*/
template <class T,int QueueSize>
bool CirQueue<T,QueueSize>::IsFull()
{
    if( (rear+1) % QueueSize == front) 
        return true;
    else 
        return false;
}

下面对这个函数做个基本的测试。。

int main()
{
    CirQueue<int,5> Q;
    //塞满整个队列
    cout<<"塞满队列。。。"<<endl;
    for (int i=0;;i++)
    {
        if (!Q.IsFull())
        {
            Q.EnQueue(pow(2,i));
        }
        else
            break;
    }
    //测试访问头元素
    cout<<"取出头元素：";
    cout<<Q.GetQueue()<<endl;
    //依次出列
    cout<<"依次出列：";
    while (!Q.Empty())
    {
        cout<<Q.DeQueue()<<"  ";//因为这个函数写了返回值。。
    }
    return 0;
}

测试结果如图：

方式二

为了不浪费一个元素空间，加上一个布尔变量，在入队操作时候把他变为true，如果flag为真，并且front==rear，那么表明队伍满了；在出队的时候，把他设为false，如果最后一个操作为出队，那么又遇到了front==rear，那么表明，这个时候队伍是空的。代码实现如下：

//与上一方式，在这边，仅加了一个bool的控制量
private：
    bool flag;

下面列出实现时候，与第一种的区别之处：

template<class T,int MAXSIZE>
CirQueue<T,MAXSIZE>::~CirQueue()
{
}
/*
*   无参构造函数，设置flag为假，保证，初始判断让程序判断为空
*/
template<class T,int MAXSIZE>
CirQueue<T,MAXSIZE>::CirQueue()
{
    front=rear=0;
    flag=false;
}
/*
*   入队函数，因为要求在队尾增加元素，
*   所以，如果线性表未满
*   让尾指针向后移，为了不出现假溢出，充分利用空间，
*   所以有取模操作，当到达尾部最大值，则回到0，重新开始。
*   插入时先移动指针，后插入
*   同时，让flag置为true
*/
template <class T,int QueueSize>
void CirQueue<T,QueueSize>::EnQueue(T x)
{
    if(IsFull())    //判满
    {   
        cout<<"上溢"<<endl;
        return;
    }
    rear = (rear+1) % QueueSize;            //队尾指针在循环意义上加1
    data[rear] = x;                         //在队尾处插入元素
    flag=true;
}
/*
*   出队函数，在队头弹出元素，
*   所以，如果线性表不空
*   头指针后移，指向当前的第一个元素，如果当前头指针指向最后一个格子，
*   那么进行取模操作，回到0位置。
*   所以队头所指的空间是么有元素的。
*   同时置flag为false
*/
template <class T,int QueueSize>
T CirQueue<T,QueueSize>::DeQueue()
{
    if(Empty()) //判空
    {
        cerr<<"下溢"<<endl;
    }
    front = (front+1) % QueueSize;          //队头指针在循环意义上加1
    flag=false;
    return data[front];                     //读取并返回出队前的队头元素
}
/*
* 取队头元素，不出队伍。
*/
template <class T,int QueueSize>
T CirQueue<T,QueueSize>::GetQueue()
{
    if(Empty()) //判空
    {
        cerr<<"下溢"<<endl;
        exit(0);
    }
    int i = (front+1) % QueueSize;      //队头指针在循环意义上加1
    return data[i];
}
/*
* 判空函数
* 如果当两指针重合，队列为空
*/
template <class T,int QueueSize>
bool CirQueue<T,QueueSize>::Empty()
{
    if ( flag==false && front == rear )
        return true;
    else
        return false;
}
/*
* 判满函数
* 如果尾指针逻辑后一格为头指针
* 表示空间满
*/
template <class T,int QueueSize>
bool CirQueue<T,QueueSize>::IsFull()
{
    if ( flag==true && front == rear )
        return true;
    else
        return false;
}

测试函数不做变动，测试结果如下：

方式三

用计数器来存储个数，当计数器等于0的时候，空；当计数器等于MAXSIZE的时候，满！
程序很简单，不多说。

/*
* 判空函数
*/
template <class T,int QueueSize>
bool CirQueue<T,QueueSize>::Empty()
{
    return count==0;
}
/*
* 判满函数
*/
template <class T,int QueueSize>
bool CirQueue<T,QueueSize>::IsFull()
{
    return count==QueueSize;
}

测试结果和方法二同。

总结：

三种方法

• 空出一个格子
• 加上flag判定
• 加上计数器

还要注意一点:为了实现循环计数，要掌握下面的语句

• raer=(rear+1)%MAXSIZE
• front=(front+1)%MAXSIZE