数据结构—队列
2015-08-13 13:27
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数据结构—队列
1、队列的定义
队列(Queue)也是一种运算受限的线性表,它的运算限制与栈不同,是两头都有限制。插入仅仅能在表的一端进行(仅仅进不出),而删除仅仅能在表的还有一端进行(仅仅出不进)。同意插入的一端称为队尾(rear),同意删除的一端称为队头 (Front)
队列模型
2、队列的操作
队列的操作原则是先进先出的。所以队列又称作
FIFO表(First
in First out)
置空队:
InitQueue(Q)
判队空:
QueueEmpty(Q)
判队满:
QueueFull(Q)
入队:
EnQueue(Q,x)
出队:
DeQueue(Q)
取队头元素:
QueueFront(Q)不同于出队,队头元素仍然保留
3、队列的实现
1)顺序实现/数组实现
危急现象:假上溢
(由于在这里,我们的队列是存储在一个向量空间里,在这一段连续的存储空间中,由一个队列头指针和一个尾指针表示这个队列,当头指针和尾指针指向同一个位置时,队列为空,也就是说,队列是由两个指针中间的元素构成的。
在队列中,入队和出队并非象现实中,元素一个个地向前移动,走完了就没有了,而是指针在移动,当出队操作时。头指针向前(即向量空间的尾部)添加一个位置。入队时,尾指针向前添加一个位置,在某种情况下,比方说进一个出一个,两个指针就不停地向前移动,直到队列所在向量空间的尾部,这时再入队的话,尾指针就要跑到向量空间外面去了,仅管这时整个向量空间是空的,队列也是空的,却产生了"上溢"现象,这就是假上溢。)
解决方式:循环队列
(把向量空间弯起来,形成一个头尾相接的环形,这样,当存于当中的队列头尾指针移到向量空间的上界(尾部)时,再加1的操作(入队或出队)就使指针指向向量的下界。也就是从头開始。)
怎样区分循环队列是空的还是满的?
方法1、设立一个bool变量来推断
方法2、少用一个元素空间,当入队时,先測试入队后尾指针是不是会等于头指针,假设相等则说明对慢了。不许入队了。
方法3、利用计数器记录队列中元素的总数,随时知道队列的长度了
參考代码:
typedef struct QueueRecord { ElemType elem[MAX_QUEUE] ; int front;//队头指针 int rear;//队尾指针 int Size;//队列大小 ElemetType *Array; }QUEUE; /*操作算法*/ void InitQueue(*&Q); void EnQueue(QUEUE *Q,ElemType elem); void DeQueue(QUEUE *Q,ElemType *elem); int QueueEmpty(QUEUE Q); void GetFront(QUEUE Q,ElemType *elem); //初始化直接使用结构体指针变量。必须先分配内存地址 void InitQueue(Queue *&Q) { Q = (QUEUE *)malloc(sizeof(QUEUE)); Q.front = Q.rear = -1; } //入队 void EnQueue(Queue *Q, ElemType elem) { if((Q->rear+1)% MAX_QUEUE == Q.front) exit(OVERFLOW); Q.rear = (Q.rear + 1) % MAX_QUEUE; Q.elem[Q.rear] = elem; } //出队 void DeQueue(QUEUE *Q, ElemType *elem) { if(QueueEmpty(*Q)) exit(QUEUEEMPTY); Q->front = (Q.front+1) % MAX_QUEUE; *elem = Q.elem[Q.front]; } //获取队列头元素 void GetFront(QUEUE Q, ElemType *elem) { if(QueueEmpty(Q)) exit(QUEUEEMPTY); *elem = Q.elem[(Q.front+1) % MAX_QUQUE]; } //推断队列是否为空 int QueueEmpty(QUEUE Q) { if(Q.front == Q.rear) return true; return false; }
2)链表实现
參考代码:
//链式队列的结点的结构 typedef struct LNode { ElemType elem;//队列元素类型 struct LNode *next;//指向后继结点的指针 }LNode, *LinkList; //链式队列 typedef struct queue { LinkList front;//对头指针 LinkList rear;//队尾指针 }QUEUE; //各项算法 void InitQueue(QUEUE *Q); void EnQueue(QUEUE *Q, ElemType elem); void DeQueue(QUEUE *Q, ElemType *elem); void GetFront(QUEUE Q, ElemType *elem); bool QueueEmpty(QUEUE Q); //初始化队列 void InitQueue(QUEUE *Q) { Q->front = (LinkList)malloc(sizeof(LNode)); if(Q->front == NULL) exit(ERROR); Q->rear = Q->front; } //入栈 void EnQueue(QUEUE *Q, ElemType elem) { Linklist s; s = (Linklist)malloc(sizeof(LNode)); if(!s) exit(ERROR); s->elem = elem; s->next = NULL; Q->rear->next = s; Q->rear = s; } //出队 void DeQueue(QUEUE *Q, ElemType *elem) { LinkList s; if(QueueEmpty(*Q)) exit(ERROR); *elem = Q->front->next->elem; s = Q->front->next; Q->front->next = s->next; free(s); } //获取对头元素内容 void GetFront(QUEUE Q, ElemType *elem) { if(QueueEmpty(Q)) exit(ERROR); *elem = Q->front->next->elem; } //推断队列Q是否为空 bool QueueEmpty(QUEUE Q) { if(Q->front == Q->rear) return true; return false; }
队列的简单应用
【举例1】模拟打印机缓冲区
在主机将数据输出到打印机时,会出现主机速度与打印机的打印速度不匹配的问题。
这时主机就要停下来等待打印机。
显然,这样会减少主机的使用效率。
为此人们设想了一种办法:为打印机设置一个打印数据缓冲区,当主机须要打印数据时。先将数据依次写入这个缓冲区,写满后主机转去做其它的事情,而打印机就从缓冲区中依照先进先出的原则依次读取数据并打印,这样做即保证了打印数据的正确性。又提高了主机的使用效率。由此可见,打印机缓冲区实际上就是一个队列结构。
【举例2】银行排队
【举例3】CPU分时系统
在一个带有多个终端的计算机系统中,同一时候有多个用户须要使用CPU执行各自的应用程序,它们分别通过各自的终端向操作系统提出使用CPU的请求。操作系统通常依照每一个请求在时间上的先后顺序,将它们排成一个队列。每次把CPU分配给当前队首的请求用户。即将该用户的应用程序投入执行,当该程序执行完成或用完规定的时间片后,操作系统再将CPU分配给新的队首请求用户,这样即能够满足每一个用户的请求,又能够使CPU正常工作。
4、C++ STL——queue用法
queue 模板类的定义在<queue>头文件里。
与stack 模板类非常相似,queue模板类也须要两个模板參数,一个是元素类型,一个容器类
型,元素类型是必要的,容器类型是可选的。默觉得deque类型。
定义queue 对象的演示样例代码例如以下:
queue<int> q1;
queue<double> q2;
queue 的基本操作有:
入队,如例:
q.push(x);
将x 接到队列的末端。
出队,如例:
q.pop();
弹出队列的第一个元素,注意。并不会返回被弹出元素的值。
訪问队首元素,如例:
q.front(),即最早被压入队列的元素。
訪问队尾元素,如例:
q.back(),即最后被压入队列的元素。
推断队列空。如例:
q.empty(),当队列空时,返回true。
訪问队列中的元素个数,如例:
q.size()
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