数据结构(07)_队列-创新互联

1. .队列的概念和实现

1.1.队列的概念

队列是一种特殊的线性表，仅能在线性表的两端进行操作。

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-队头（front）取出数据元素的一端；
-队尾（rear）插入数据元素的一端。
队列的特性：

队列的常用操作：
创建和销毁；出队和入队；清空队列；获取队首元素；获取队列长度

队列声明（接口）：
```
template < typename T >
class Queue
{
public:
virtual void enqueue(const T& e) = 0;
virtual void dequeue() = 0;
virtual T front() const = 0;
virtual void clear() = 0;
virtual int length() const = 0;
};
```
1.2.StaticQueu
顺序队列的实现：

设计要点：
类模板，使用原生数组作为队列存储空间，使用模板参数决定队列的大容量；
```
template < typename T, int N >
class StaticQueue : public Queue
{
protected:
T m_space[N];
int m_front;
int m_rear;
int m_length;
public:
StaticQueue()
void enqueue(const T& e)
void dequeue()
T front() const
void clear()
int length() const
int capacity() const
};
```
注意事项:
StaticQueue实现要点：（循环计数法）提高队列操作的效率（本质上时循环队列）
关键操作：
入队：m_rear = (m_rear + 1) % N;
出队：m_front = (m_front + 1) % N;
队列状态：
队空：(m_length == 0) && (m_front == m_rear)

队满：(m_length == N) && (m_front == m_rear)
StaticQueue最终实现：

template < typename T, int N >
class StaticQueue : public Queue
{
protected:
T m_space[N];
int m_front;
int m_rear;
int m_length;
public:
StaticQueue()   //O(1)
{
    m_front = 0;
    m_rear = 0;
    m_length = 0;
}

void enqueue(const T& e)   //O(1)
{
    if(m_length < N)
    {
        m_space[m_rear] = e;
        m_rear = (m_rear + 1) % N;
        m_length++;
    }
    else
    {
        THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "no space in current staticqueue...");
    }
}

void dequeue()   //O(1)
{
    if(m_length > 0)
    {
        m_front = (m_front + 1) % N;
        m_length--;
    }
    else
    {
        THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "no element in current staticqueue...");
    }
}

T front() const   //O(1)
{
    if(m_length > 0)
    {
        return m_space[m_front];
    }
    else
    {
        THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "no element in current staticqueue...");
    }
}

void clear()   //O(1)
{
    m_front = 0;
    m_rear = 0;
    m_length = 0;
}

int length() const   //O(1)
{
    return  m_length;
}

int capacity() const   //O(1)
{
    return N;
}

bool is_empty()   //O(1)
{
    return (m_length == 0) && (m_front == m_rear);
}

bool is_full()   //O(1)
{
    return (m_length == N) && (m_front == m_rear);
}
};

2.链式队列

2.1.LinkQueue

顺序队列的缺陷：当数据为类类型时，StaticQueue的对象在创建时，会多次调用元素类型的构造函数，影响效率。所以我们采用链式存储结构来实现队列。
数据结构(07)_队列
设计要点：
1.类模板，继承自抽象父类Queue;
2.在内部使用链式结构实现元素的存储
3.只在链表的头部和尾部进行操作。

LinkQueue声明：

template 
class LinkQueue : public Queue
{
protected:
LinkList m_list;
public:
LinkQueue(){}
void enqueue(const T& e)    //O(n)
void dequeue()      //O(1)
T front() const //O(1)
void clear()        //O(n)
int length() const  //O(1)
};

LinkQueue最终实现：

template 
class LinkQueue : public Queue
{
protected:
LinkList m_list;
public:
LinkQueue(){}

void enqueue(const T& e)    //O(n)
{
    m_list.insert(e);
}

void dequeue()      //O(1)
{
    if(m_list.length() > 0)
    {
        m_list.remove(0);
    }
    else
    {
        THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "no elemet in current LinkQueue...");
    }
}

T front() const //O(1)
{
    if(m_list.length() > 0)
    {
        return m_list.get(0);
    }
    else
    {
        THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "no elemet in current LinkQueue...");
    }
}

void clear()        //O(n)
{
   while (m_list.length() > 0)
    {
        m_list.remove(0);
    }
}

int length() const  //O(1)
{
    return m_list.length();
}
};

LinkQueue中，入队操作由于只能操作队列的尾部（链表的最后位置），要进行遍历操作，所以时间复杂度为O(n)，可以使用双向循环链表代替单链表来解决这个问题。

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1.1.队列的概念

1.2.StaticQueu

2.链式队列

2.1.LinkQueue

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