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()