C/C++ queue队列的理解以及使用
哈喽!这里是一只派大鑫,不是派大星。本着基础不牢,地动山摇的学习态度,从基础的C语言语法讲到算法再到更高级的语法及框架的学习。更好地让同样热爱编程(或是应付期末考试 狗头.jpg)的大家能够在学习阶段找到好的方法、路线,让天下没有难学的程序(只有秃头的程序员 2333),学会程序和算法,走遍天下都不怕!
今天我们来一起深入学习一下非常重要以及基础的数据结构——队列(queue)
队列是一种特殊的线性表,特殊之处在于它只允许在表的前端(front)进行删除操作,而在表的后端(rear)进行插入操作,和栈一样,队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时,称为空队列。
1.队列的特点
队列(Queue)与栈一样,是一种线性存储结构,它具有如下特点:
- 队列中的数据元素遵循“先进先出”(First In First Out)的原则,简称FIFO结构。
- 在队尾添加元素,在队头添加元素。
2.队列的相关概念
队列的相关概念:
- 队头与队尾: 允许元素插入的一端称为队尾,允许元素删除的一端称为队头。
- 入队:队列的插入操作。
- 出队:队列的删除操作。
例如我们有一个存储整型元素的队列,我们依次入队:{1,2,3}
添加元素时,元素只能从队尾一端进入队列,也即是2只能跟在1后面,3只能跟在2后面。
如果队列中的元素要出队:
元素只能从队首出队列,出队列的顺序为:1、2、3,与入队时的顺序一致,这就是所谓的“先进先出”。
3.队列的操作
队列通常提供的操作:
- 入队: 通常命名为push()
- 出队: 通常命名为pop()
- 求队列中元素个数
- 判断队列是否为空
- 获取队首元素
4.队列的存储结构
队列与栈一样是一种线性结构,因此以常见的线性表如数组、链表作为底层的数据结构。
本文中,我们以数组、链表为底层数据结构构建队列。
5. 基于数组的循环队列实现
以数组作为底层数据结构时,一般讲队列实现为循环队列。这是因为队列在顺序存储上的不足:每次从数组头部删除元素(出队)后,需要将头部以后的所有元素往前移动一个位置,这是一个时间复杂度为O(n)的操作: 可能有人说,把队首标志往后移动不就不用移动元素了吗?的确,但那样会造成数组空间的“流失”。
我们希望队列的插入与删除操作都是O(1)的时间复杂度,同时不会造成数组空间的浪费,我们应该使用循环队列。
所谓的循环队列,可以把数组看出一个首尾相连的圆环,删除元素时将队首标志往后移动,添加元素时若数组尾部已经没有空间,则考虑数组头部的空间是否空闲,如果是,则在数组头部进行插入。
那么我们如何判断队列是空队列还是已满呢?
- 栈空: 队首标志=队尾标志时,表示栈空,即红绿两个标志在图中重叠时为栈空。
- 栈满 : 队尾+1 = 队首时,表示栈空。图三最下面的队列即为一个满队列。尽管还有一个空位,我们不存储元素。
6.链队列的实现
链队列是基于链表实现的队列,它不存在数组的O(n)的元素移动问题或空间浪费问题。我们所要确定的就是链表哪头做队首,哪头做队尾。
显然我们应该以链表头部为队首,链表尾部为队尾。存储一个指向队尾的指针,方便从链表尾插入元素;使用带头节点的链表,方便从链表头删除元素。
7.C++里STL的队列实现
队列
先进先出
头文件: <queue>
常用操作:
- queue<int> q:建立一个队列q,其内部元素类型是int。
- q.push(a):将元素a插入到队列q的末尾。
- q.pop():删除队列q的队首元素。
- q.front():查询q的队首元素。
- q.back():查询q的队尾元素。
- q.size():查询q的元素个数。
- q.empty():查询q是否为空。
8.队列的动图演示
关于队列的具体实现以及一些会用到栈的题目,后续慢慢更新(ps:因为备战考研太忙了)
1.队列的具体实现代码(会写新文章)
2.和队列相关的算法题(会依次解答)
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