数据结构基础(14) --链式队列的设计与实现

链式队列是基于单链表的一种存储表示, 其形状如下图所示:

(队列的队头指针指向单链表的第一个结点, 队尾指针指向单链表的最后一个结点, 注意没有无用的空[头/尾]节点)

用单链表表示的链式队列特别适合于数据元素变动比较大的情况, 而且不存在队列满而产生溢出的情况;

链式队列结点构造:

[这次我们将节点构造成了类LinkQueue的嵌套类]

struct ChainNode
{ChainNode(const Type &_data, ChainNode *_next = NULL):data(_data), next(_next) {}Type data;ChainNode *next;
};

链式队列构造:

template <typename Type>
class LinkQueue
{template <typename T>friend ostream &operator<<(ostream &os, LinkQueue<T> &queue);
public:LinkQueue();~LinkQueue();bool isEmpty() const;void push(const Type &data);void pop();//返回队首元素const Type &front() const;//返回队尾元素const Type &back() const;//清空队列void makeEmpty();private:struct ChainNode{ChainNode(const Type &_data, ChainNode *_next = NULL):data(_data), next(_next) {}Type data;ChainNode *next;};private:ChainNode *m_front; //队首指针[注意不是指向一个无用的空节点]ChainNode *m_back;  //队尾指针[注意不是指向一个无用的空节点]
};

队列的构造与析构:

template <typename Type>
LinkQueue<Type>::LinkQueue()
{m_front = m_back = NULL;
}
template <typename Type>
LinkQueue<Type>::~LinkQueue()
{makeEmpty();
}

队列的四大操作:

//入队, 这是链式队列的关键
template <typename Type>
void LinkQueue<Type>::push(const Type &data)
{if (isEmpty()){//如果队列为空//则队首与队尾指针共同指向一个新构造的对象m_front = m_back = new ChainNode(data);}else{//首先让队尾的下一位置指向一个新构造的对象m_back->next = new ChainNode(data);//然后队尾指针后移m_back = m_back->next;}
}

//出队
template <typename Type>
void LinkQueue<Type>::pop()
{if (isEmpty())throw std::range_error("queue is empty");ChainNode *deleteNode = m_front;// 队首指针后移m_front = m_front->next;delete deleteNode;
}

//取队首元素
template <typename Type>
const Type &LinkQueue<Type>::front() const
{if (isEmpty())throw std::range_error("queue is empty");return (m_front->data);
}

//取队尾元素
template <typename Type>
const Type &LinkQueue<Type>::back() const
{if (isEmpty())throw std::range_error("queue is empty");return (m_back->data);
}

清空队列与判空操作:

template <typename Type>
void LinkQueue<Type>::makeEmpty()
{while (!isEmpty()){pop();}
}

template <typename Type>
bool LinkQueue<Type>::isEmpty() const
{return (m_front == NULL);
}

输出队列所有元素(以做测试):

template <typename Type>
ostream &operator<<(ostream &os, LinkQueue<Type> &queue)
{for (typename LinkQueue<Type>::ChainNode *currentNode = queue.m_front;currentNode != NULL;currentNode = currentNode->next){os << currentNode->data << ' ';}return os;
}

附-测试代码:

int main()
{LinkQueue<int> queue;for (int i = 0; i < 10; ++i){queue.push(rand()%100);}cout << queue << endl;cout << queue.front() << endl;queue.pop();cout << queue.front() << endl;cout << queue.back() << endl;cout << queue << endl;LinkQueue<char> cQueue;cQueue.push('A');cout << "cQueue.front = " << cQueue.front() << endl;cout << "cQueue.back = " << cQueue.back() << endl;cQueue.pop();cout << cQueue << endl;try{cout << "cQueue.front = " << cQueue.front() << endl;cout << "cQueue.back = " << cQueue.back() << endl;}catch(const std::exception &e){cerr << e.what() << endl;}return 0;
}

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