C++容器适配器实现队列Queue的各种功能（入队出队判空大小访问所有元素等）

Posted 2020-06-24

适配器：

将一个通用的容器转换为另外的容器，所谓的容器，指的是存放数据的器具，像我们知道的顺序表和链表都是容器Container。举个例子解释一下吧，我们的电压都是220v,而像充电线就起到转换到合适的电压的作用。而这里，我们的主角就是将通用的链表结构转换为来实现队列Queue这一数据结构，（意思就是，链表还可以去实现其他的数据结构）。

在线性表中，分为链表和顺序表，我们知道其中的差别：

链表：节点灵活，使得插入删除元素方便灵活，但是对于单链表若有节点指针_head、_tail，查找元素较为麻烦，需要遍历。

顺序表：开辟一块连续的内存空间，查找元素方便，通过指针或者下标来访问。插入或者删除元素呢，又较为复杂，插入时需要将后面的元素挨着挨着全部后移，删除元素后又需要将后面的元素全部前移。

针对队列Queue模型，我们知道它是尾插头删、先进先出的特点。因此我针对以上原因选用链表结构来实现队列Queue。可以参照下图：

代码如下：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>

template<class T>
struct ListNode
{
    ListNode(const T& x)
    :_next(NULL)
    , _prev(NULL)
    , _data(x)
    {}

    ListNode<T>* _next;
    ListNode<T>* _prev;
    T _data;
};

template<class T>
class List
{
public:
    List()
        :_head(NULL)
        , _tail(NULL)
    {}

    List(const List<T>& l)
    {
        ListNode<T>* cur = l._head;
        while (cur)
        {
            this->PushBack(cur->_data);
            cur = cur->_next;
        }
    }

    List<T>& operator=(const List<T>& l)
    {
        //先删除节点，再插入节点
        if (&s != this)
        {
            ListNode<T>* pcur = _head;
            while (pcur)
            {
                ListNode<T>* del = pcur;
                pcur = pcur->_next;
                delete del;
                del = NULL;
            }

            ListNode<T>* cur = _head;
            while (cur)
            {
                this->PushBack(cur->_data);
                cur = cur->_next;
            }
        }
        return *this;
    }

    ~List()//一个节点一个节点的删除
    {
        ListNode<T>* cur = _head;
        while (cur)
        {
            ListNode<T>* del = cur;
            cur = cur->_next;
            delete del;
            del = NULL;
        }
    }

    void PushBack(const T& x);
    void PopBack();
    void PopFront();
    void PrintList();
    void Reverse();
    size_t Length();    

public:
    ListNode<T>* _head;
    ListNode<T>* _tail;
};


//尾插
template<class T>
void List<T>::PushBack(const T& x)
{
    //分析：分为两种情况：无节点、有节点
    if (_head == NULL)
    {
        _head = _tail = new ListNode<T>(x);
    }
    else
    {
        ListNode<T>* cur = new ListNode<T>(x);
        _tail->_next = cur;
        cur->_prev = _tail;
        _tail = cur;
        _tail->_next = NULL;
    }
}

//尾删
template<class T>
void List<T>::PopBack()
{
    //分析：分为三种情况：无节点、一个节点、多个节点
    if (_head == _tail)
    {
        if (_head == NULL)
        {
            return;
        }
        else
        {
            delete _head;
            _head = _tail = NULL;
        }
    }
    else
    {
        ListNode<T>* prev = _tail->_prev;
        delete _tail;
        _tail = NULL;
        _tail = prev;
        _tail->_next = NULL;
    }
}

//头删
template<class T>
void List<T>::PopFront()
{
    if (_head == _tail)
    {
        if (_head == NULL)
        {
            return;
        }
        delete _head;
        _head = _tail = NULL;
    }
    else
    {
        ListNode<T>* cur = _head;
        ListNode<T>* del = _head;    
        _head = cur->_next;
        delete del;
        del = NULL;        
        _head->_prev = NULL;
    }
    
}

//逆置
template<class T>
void List<T>::Reverse()
{
    //分析：从两头开始走,交换数据（分奇数个数据和偶数个数据）
    ListNode<T>* begin = _head;
    ListNode<T>* end = _tail;
    while (!((begin == end) || end->_next == begin))
    {
        swap(begin->_data, end->_data);
        begin = begin->_next;
        end = end->_prev;
    }
}

//长度
template<class T>
size_t List<T>::Length()
{
    ListNode<T>* cur = _head;
    int count = 0;
    while (cur)
    {
        ++count;
        cur = cur->_next;
    }
    return count;
}


//打印
template<class T>
void List<T>::PrintList()
{
    ListNode<T>* cur = _head;
    while (cur)
    {
        cout << cur->_data << "->";
        cur = cur->_next;
    }
    cout << "NULL" << endl;
}

template<class T, template<class> class Container = List>    //缺省形式
class Queue
{
public:
    //入队
    void Push(const T& x)
    {
        _con.PushBack(x);
    }

    //出队
    void Pop()
    {
        _con.PopFront();
    }

    //大小
    size_t Size()
    {
        return _con.Length();
    }

    //判空
    bool Empty()
    {
        return Size() == 0;
    }

    //队头
    T& Front()
    {
        size_t size = Size();
        assert(size > 0);
        return _con._head->_data;
    }

    //队尾
    T& Back()
    {
        size_t size = Size();
        assert(size > 0);
        return _con._tail->_data;
    }

protected:
    Container<T> _con;
};


//队列的测试函数
void TestQueue()
{
    Queue<int, List> q1;
    //Queue<int> q1;
    q1.Push(1);
    q1.Push(2);
    q1.Push(3);
    q1.Push(4);
    q1.Push(5);

    //访问队列所有元素(队列是插尾删头)
    while (!q1.Empty())
    {
        cout<< q1.Front() << "  ";
        q1.Pop();
    }
}


int main()
{
    TestQueue();
    system("pause");
    return 0;
}

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