顺序队列(Sequential Queue)
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顺序队列(Sequential Queue)
1. 顺序队列的概念
1.1 顺序队列的定义
- 顺序队列是基于数组的存储表示实现的队列。
1.2 顺序队列中各元素的逻辑及存储关系
- 顺序队列可以采用顺序表作为其存储表示，因此，可以在顺序队列的声明中用顺序表定义它的存储空间。
- 顺序队列可以使用一维数组作为队列的存储空间，存放队列元素的数组的头指针为*elements，该数组的最大允许存放元素个数为maxSize，当前队列的队头位置由数组下标指针front指示，队尾位置由数组下标指针rear指示，如果队列不为空时elements[0]是队列中第一个元素。
2. 顺序队列的实现
2.1 队列基类的定义
文件：Queue.h
#ifndef QUEUE_H_ #define QUEUE_H_ template <class T> class Queue { public: Queue(){} //构造函数 virtual ~Queue(){} //析构函数 public: virtual void EnQueue(const T& x) = 0; //新元素x入队 virtual bool DeQueue(T& x) = 0; //队头元素出队，并将该元素的值保存至x virtual bool getFront(T& x) const = 0; //读取队头元素，并将该元素的值保存至x virtual bool getRear(T& x) const = 0; //读取队尾元素，并将该元素的值保存至x virtual bool IsEmpty() const = 0; //判断队列是否为空 virtual bool IsFull() const = 0; //判断队列是否为满 virtual int getSize() const = 0; //计算队列中元素个数 virtual void MakeEmpty() = 0; //清空队列的内容 }; #endif /* QUEUE_H_ */
2.2 顺序队列的类定义及其操作的实现
文件：SeqQueue.h
#ifndef SEQ_QUEUE_H_ #define SEQ_QUEUE_H_ #include "Queue.h" #include <iostream> #include <string> #include <strstream> using namespace std; const int defaultSize = 50; const int queueIncreament = 20; template <class T> class SeqQueue : public Queue<T> { public: SeqQueue(int sz = defaultSize); //构造函数 virtual ~SeqQueue(); //析构函数 public: virtual void EnQueue(const T& x); //新元素x入队 virtual bool DeQueue(T& x); //队头元素出队，并将该元素的值保存至x virtual bool getFront(T& x) const; //读取队头元素，并将该元素的值保存至x virtual bool getRear(T& x) const; //读取队尾元素，并将该元素的值保存至x virtual bool IsEmpty() const; //判断队列是否为空 virtual bool IsFull() const; //判断队列是否为满 virtual int getSize() const; //计算队列中元素个数 virtual void MakeEmpty(); //清空队列的内容 public: template <class T> friend ostream& operator<<(ostream& os, const SeqQueue<T>& s); //输出队列元素的重载操作<< private: void overflowProcess(); //队列的溢出处理 private: T *elements; //存放队列元素的队列数组 int front; //队头指针 int rear; //队尾指针 int maxSize; //队列最大可容纳元素个数 }; //构造函数 template <class T> SeqQueue<T>::SeqQueue(int sz) { cout << "$ 执行构造函数" << endl; if (sz >= 0) { maxSize = sz; front = rear = -1; elements = new T[maxSize]; } } //析构函数 template <class T> SeqQueue<T>::~SeqQueue() { cout << "$ 执行析构函数" << endl; delete[] elements; elements = NULL; } //新元素x入队 template <class T> void SeqQueue<T>::EnQueue(const T& x) { if (true == IsFull()) { overflowProcess(); } (0 == getSize()) ? ++front : front; elements[++rear] = x; } //队头元素出队，并将该元素的值保存至x template <class T> bool SeqQueue<T>::DeQueue(T& x) { if (true == IsEmpty()) { return false; } x = elements[front]; for (int i = front; i < rear; i++) { elements[i]= elements[i+1]; } (1 == getSize()) ? front-- : front; rear--; return true; } //读取队头元素，并将该元素的值保存至x template <class T> bool SeqQueue<T>::getFront(T& x) const { if (true == IsEmpty()) { return false; } x = elements[front]; return true; } //读取队尾元素，并将该元素的值保存至x template <class T> bool SeqQueue<T>::getRear(T& x) const { if (true == IsEmpty()) { return false; } x = elements[rear]; return true; } //判断队列是否为空 template <class T> bool SeqQueue<T>::IsEmpty() const { return ((-1 == front) && (-1 == rear)) ? true : false; } //判断队列是否为满 template <class T> bool SeqQueue<T>::IsFull() const { return (maxSize - 1 == rear) ? true : false; } //计算队列中元素个数 template <class T> int SeqQueue<T>::getSize() const { return rear + 1; } //清空队列的内容 template <class T> void SeqQueue<T>::MakeEmpty() { delete[] elements; front = rear = -1; elements = new T[maxSize]; } //输出队列元素的重载操作<< template <class T> ostream& operator<<(ostream& os, const SeqQueue<T>& s) { for (int i = s.front; i <= s.rear && i != -1; i++) { os << "[" << i << "]" << " : " << s.elements[i] << endl; } return os; } //队列的溢出处理 template <class T> void SeqQueue<T>::overflowProcess() { cout << "$ 执行队列的溢出处理函数" << endl; int newSize = maxSize + queueIncreament; T *newelements = new T[newSize]; for (int i = front; i <= rear && i != -1; i++) { newelements[i] = elements[i]; } delete[] elements; elements = newelements; maxSize = newSize; } #endif /* SEQ_QUEUE_H_ */
2.3 主函数(main函数)的实现
文件：main.cpp
#include "SeqQueue.h" #define EXIT 0 //退出 #define ENQUEUE 1 //新元素x入队 #define DEQUEUE 2 //队头元素出队，并将该元素的值保存至x #define GETFRONT 3 //读取队头元素，并将该元素的值保存至x #define GETREAR 4 //读取队尾元素，并将该元素的值保存至x #define ISEMPTY 5 //判断队列是否为空 #define ISFULL 6 //判断队列是否为满 #define GETSIZE 7 //计算队列中元素个数 #define MAKEEMPTY 8 //清空队列的内容 #define OPERATOR_OSTREAM 9 //输出队列元素的重载操作<< void print_description() { cout << "------------------------------>顺序队列<------------------------------" << endl; cout << "功能选项说明：" << endl; cout << "#0： 退出" << endl; cout << "#1： 新元素x入队" << endl; cout << "#2： 队头元素出队，并将该元素的值保存至x" << endl; cout << "#3： 读取队头元素，并将该元素的值保存至x" << endl; cout << "#4： 读取队尾元素，并将该元素的值保存至x" << endl; cout << "#5： 判断队列是否为空" << endl; cout << "#6： 判断队列是否为满" << endl; cout << "#7： 计算队列中元素个数" << endl; cout << "#8： 清空队列的内容" << endl; cout << "#9： 输出队列元素的重载操作<<" << endl; cout << "--------------------------------------------------------------------" << endl; } //判断输入的字符串每个字符是否都是数值0~9 bool IsNumber(const string& s_num) { for (size_t i = 0; i < s_num.size(); i++) { if ((s_num[i] < ‘0‘) || (s_num[i] > ‘9‘)) { return false; } } return true; } //类型转换——将string型转为模板类型T template <class T> T StrToTtype(const string& s_num) { T n_num; strstream ss_num; ss_num << s_num; ss_num >> n_num; return n_num; } //输入数据值 template <class T> T get_data() { cout << "> 请输入数据值，data = "; string s_data; cin >> s_data; return StrToTtype<T>(s_data); } //输入数组的最大长度 template <class T> int get_maxsize() { cout << "> 请输入数组的最大长度，maxsize = "; string s_maxsize; cin >> s_maxsize; while (false == IsNumber(s_maxsize)) { cout << "* 输入有误，请重新输入："; cin >> s_maxsize; } return atoi(s_maxsize.c_str()); } //构造顺序队列 template <class T> SeqQueue<T>* construct_seqqueue() { cout << "\n==> 创建顺序队列" << endl; int n_maxsize = get_maxsize<T>(); SeqQueue<T> *seqQueue = new SeqQueue<T>(n_maxsize); return seqQueue; } //析构顺序队列 template <class T> void destory_seqqueue(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "\n==> 释放顺序队列在堆中申请的空间，并将指向该空间的指针变量置为空" << endl; delete seqQueue; seqQueue = NULL; } //新元素x入队 template <class T> void enqueue(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行新元素x入队函数" << endl; T data = get_data<T>(); seqQueue->EnQueue(data); cout << "* 入队成功，data = " << data << endl; } //队头元素出队，并将该元素的值保存至x template <class T> void dequeue(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行队头元素出队并将该元素的值保存至x函数" << endl; T data; if (false == seqQueue->DeQueue(data)) { cout << "* 出队失败" << endl; return; } cout << "* 出队成功，data = " << data << endl; } //读取队头元素，并将该元素的值保存至x template <class T> void getfront(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行读取队头元素并将该元素的值保存至x函数" << endl; T data; if (false == seqQueue->getFront(data)) { cout << "* 读取队头元素失败" << endl; return; } cout << "* 读取队头元素成功，data = " << data << endl; } //读取队尾元素，并将该元素的值保存至x template <class T> void getrear(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行读取队尾元素并将该元素的值保存至x函数" << endl; T data; if (false == seqQueue->getRear(data)) { cout << "* 读取队尾元素失败" << endl; return; } cout << "* 读取队尾元素成功，data = " << data << endl; } //判断队列是否为空 template <class T> void isempty(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行判断队列是否为空函数，IsEmpty = " << seqQueue->IsEmpty() << endl; } //判断队列是否为满 template <class T> void isfull(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行判断队列是否为满函数，IsFull = " << seqQueue->IsFull() << endl; } //计算队列中元素个数 template <class T> void getsize(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行计算队列中元素个数函数，Size = " << seqQueue->getSize() << endl; } //清空队列的内容 template <class T> void makeempty(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行清空队列的内容函数" << endl; seqQueue->MakeEmpty(); } //输出队列元素的重载操作<< template <class T> void operator_ostream(SeqQueue<T>* seqQueue) { cout << "$ 执行输出队列元素的重载操作<<函数" << endl; cout << *seqQueue;//或operator<<(cout, *seqQueue); } //顺序队列操作选择 template <class T> void select_operation(SeqQueue<T>* seqQueue) { if (NULL == seqQueue) { cout << "* 没有构造顺序队列，请先构造顺序队列。" << endl; return; } string s_operation; while (s_operation != "0") { cout << "\n==> 请输入功能选项编号(按\"0\"退出程序)："; cin >> s_operation; while (false == IsNumber(s_operation)) { cout << "* 输入有误，请重新输入："; cin >> s_operation; } int n_operation = atoi(s_operation.c_str()); switch (n_operation) { case EXIT://退出 { cout << "$ 退出程序" << endl; break; } case ENQUEUE://新元素x入队 { enqueue(seqQueue); break; } case DEQUEUE://队头元素出队，并将该元素的值保存至x { dequeue(seqQueue); break; } case GETFRONT://读取队头元素，并将该元素的值保存至x { getfront(seqQueue); break; } case GETREAR://读取队尾元素，并将该元素的值保存至x { getrear(seqQueue); break; } case ISEMPTY://判断队列是否为空 { isempty(seqQueue); break; } case ISFULL://判断队列是否为满 { isfull(seqQueue); break; } case GETSIZE://计算队列元素个数 { getsize(seqQueue); break; } case MAKEEMPTY://清空队列的内容 { makeempty(seqQueue); break; } case OPERATOR_OSTREAM://输出队列元素的重载操作<< { operator_ostream(seqQueue); break; } default: { cout << "* 请输入正确的功能选项编号" << endl; break; } } } } int main(int argc, char* argv[]) { print_description(); SeqQueue<int> *seqQueue = construct_seqqueue<int>(); select_operation(seqQueue); destory_seqqueue(seqQueue); system("pause"); return 0; }
参考文献：
[1]《数据结构(用面向对象方法与C++语言描述)(第2版)》殷人昆——第三章
[2]《C/C++常用算法手册》秦姣华、向旭宇——第二章
[3]?百度搜索关键字：顺序队列
以上是关于顺序队列(Sequential Queue)的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章