[数据结构]队列之顺序队列的类模板实现

Posted 2020-09-15 yutingliuyl

队列是一种限定存取位置的线性表。同意插入的一端叫做队尾（rear），同意删除的一端叫做队首（front）。

队列具有FIFO的性质

队列的存储表示也有两种方式：基于数组的，基于列表的。基于数组的叫做顺序队列。基于列表的叫做链式队列。

一下是基于动态数组的顺序队列的模板类的实现。

顺序队列的抽象基类例如以下所看到的：仅仅提供了接口和显式的默认构造函数和析构函数，在派生类中调用。

#ifndef QUEUE
#define QUEUE
//队列的抽象基类

template<class T>
class Queue
{
public:
    Queue(){}
    ~Queue(){}
    virtual bool EnQueue(const T& x)=0;
    virtual bool DeQueue(T& x)=0;
    virtual bool getFront(T& x)const=0;
    virtual bool IsEmpty()const=0;
    virtual bool IsFull()const=0;
    virtual int getSize()const=0;
};

#endif

顺序队列的详细实现例如以下：（覆盖全部纯虚函数的接口。并提供自己的接口和数据成员）

/////////////////////////
#include"Stack.h"
#include <iostream>
//#include <cstdlib>
#include <cassert>
using namespace std;

template<class T>
class SeqQueue:public Queue<T>
{
public:
    SeqQueue(int sz=10):front(0),rear(0),maxSize(sz),elements(new T[sz]){assert(elements!=NULL);}
    ~SeqQueue(){delete []elements;}
    SeqQueue(const SeqQueue<T>& rhs);
    SeqQueue<T>& operator=(const SeqQueue<T>& rhs);

    bool EnQueue(const T& x);
    bool DeQueue(T& x);
    bool getFront(T& x)const;
    bool IsEmpty()const{return (rear==front)?true:false;}   //推断空
    bool IsFull()const{return ((rear+1)%maxSize==front)?true:false;}    //推断满
    int getSize()const{return (rear-front+maxSize)%maxSize;}    //检測大小。+maxSize表示非负


    void makeEmpty(){front=rear=0;}
    friend ostream& operator<< <T>(ostream& os,const SeqQueue<T>& rhs);//注意<T>

protected:
    int front,rear;
    T* elements;
    int maxSize;
};

template<class T>
bool SeqQueue<T>::EnQueue(const T& x)
{
    if(IsFull())
        return false;
    elements[rear]=x;
    rear=(rear+1)%maxSize;//注意不是++rear
    return true;
}

template<class T>
bool SeqQueue<T>::DeQueue(T& x)
{
    if(IsEmpty())
        return false;
    x=elements[front];
    front=(front+1)%maxSize;
    return true;
}

template<class T>
bool SeqQueue<T>::getFront(T& x)const
{
    if(IsEmpty())
        return false;
    x=elements[front];
    return true;
}



template<class T>
ostream& operator<<(ostream& os,const SeqQueue<T>& rhs)
{
    os<<"front="<<rhs.front<<" "<<"rear="<<rhs.rear<<endl;
    os<<"elements: ";
    for(int i=0;i<rhs.getSize();++i){
        os<<rhs.elements[(rhs.front+i)%rhs.maxSize]<<" ";   //注意遍历方法
    }
    os<<endl;
    return os;
}


template<class T>
SeqQueue<T>::SeqQueue(const SeqQueue<T>& rhs)
{
    front=rhs.front;
    rear=rhs.rear;
    maxSize=rhs.maxSize;

    T* dest=new T[maxSize];
    T* src=rhs.elements;
    elements=dest;

    for(int i=0;i<rhs.getSize();++i){
        dest[(front+i)%maxSize]=src[(front+i)%maxSize];
    }
}


template<class T>
SeqQueue<T>& SeqQueue<T>::operator=(const SeqQueue<T>& rhs)
{
    delete[] elements;
    makeEmpty();

    front=rhs.front;
    rear=rhs.rear;
    maxSize=rhs.maxSize;

    T* dest=new T[maxSize];
    T* src=rhs.elements;
    elements=dest;

    for(int i=0;i<rhs.getSize();++i){
        dest[(front+i)%maxSize]=src[(front+i)%maxSize];
    }

    return *this;
}

測试代码例如以下：

int main(int argc, char* argv[])
{
    SeqQueue<int> s(5);
    int a=1,b=2,c=3,d=4,e=0;
    s.EnQueue(a);
    s.EnQueue(b);
    s.EnQueue(c);
    s.EnQueue(d);
    cout<<s;
    s.DeQueue(e);
    s.DeQueue(e);
    cout<<s;

    cout<<"getSize(): "<<s.getSize()<<endl;

    cout<<boolalpha;
    cout<<"IsEmpty(): "<<s.IsEmpty()<<endl;
    cout<<"IsFull(): "<<s.IsFull()<<endl;
    cout<<noboolalpha;

    s.getFront(e);
    cout<<"getFront(): "<<e<<endl;

    SeqQueue<int> s1(s),s2;
    cout<<s1;
    s2=s;
    cout<<s2;



    system("pause");
    return 0;
}

測试结果例如以下：

front=0 rear=4
elements: 1 2 3 4
front=2 rear=4
elements: 3 4
getSize(): 2
IsEmpty(): false
IsFull(): false
getFront(): 3
front=2 rear=4
elements: 3 4
front=2 rear=4
elements: 3 4
请按随意键继续. . .

注意事项：

1.该实现是正对动态数组存储的循环队列，在逻辑上构成了一个环。

2.rear指向实际队尾位置的下一个位置，front指向的是真正的对头元素所在的位置。

3.初始化时rear=front=0

4.推断空对：front=rear

5.推断满：（rear+1）%maxSize=front。

让rear指向front的前一个位置就觉得队列已满，所以最多仅仅能存储maxSize-1个元素。这是为了和队列空的推断相差别。

6.对头指正进1：front=（front+1）%maxSize

7.队尾指针进1：rear=（rear+1）% maxSize