数据结构实验二——队列（银行叫号系统）

一、实验目的

（1）掌握队列的链式存储结构

（2）掌握队列的基本操作，并能进行应用实践

（3）使用C/C++语言和队列实现”银行叫号系统“专题

二、实验任务

设计一个控制台程序，模拟银行排队业务，要求实现功能：

（1）输出程序界面，提示客户输入银行窗口数量和开放窗口时间

（2）客户随机时间进入银行，程序在事件表中记录客户进入时间和离开时间，并将客户排入窗口队列，办理完业务后退出队列

三、实验代码

1.事件链表

1.1 EventList.h

#pragma once
#include "pch.h"
#include "defineConst.h"
typedef struct Event
{int time;//发生时刻int type;//事件类型：0表示顾客到达；1~N表示顾客从N号窗口离开struct Event *next;
}Event,*EventList;
int InitList(EventList &pList);  //初始化链表
int OrderInsert(EventList &pList, Event sEvent);   //按发生时刻的顺序向链表中插入元素
int isEmptyList(EventList pList);
int delFirst(EventList &pList, Event *pEvent);
int ListTravel(EventList pList);

1.2 EventList.cpp

#include "pch.h"
#include "EventList.h"
#include<iostream>
#include<stdio.h>
int InitList(EventList &pList)//初始化链表
{pList = (EventList)malloc(sizeof(Event));//开辟空间pList ->next= NULL;//下一个为空return OK;
}
int OrderInsert(EventList &pList, Event sEvent)//插入元素
{//临时变量，用于在链表中插入结点Event *pafter, *pbefore;pbefore = pList;pafter = pList->next;//比较事件发生的时间while (pafter != NULL && sEvent.time > pafter->time){pbefore = pafter;pafter = pafter->next;}//创建一个新结点挂在Before和After两个结点之间pbefore->next = (Event *)malloc(sizeof(Event));//对新结点赋值pbefore->next->time = sEvent.time;pbefore->next->type = sEvent.type;pbefore->next->next = pafter;return OK;
}int isEmptyList(EventList pList)//判断链表是否为空
{if (pList->next ==NULL)return TRUE;elsereturn FALSE;
}
int delFirst(EventList & pList, Event *pEvent)//删除首结点
{Event *ptmp;if (isEmptyList(pList)){printf("链表为空，无可删除节点");return ERROR;}else{//删除链表首结点ptmp = pList->next;pList->next = ptmp->next;*pEvent = *ptmp;//保存数值free(ptmp);//释放内存return OK;}
}
int ListTravel(EventList pList)//遍历链表
{Event *ptmp;ptmp = pList;while (ptmp->next != NULL){ptmp = ptmp->next;if (ptmp->type == 0)printf("第%d分钟,下一名顾客即将到来。\n", ptmp->time);elseprintf("第%d分钟, %d号窗口顾客即将离开。\n", ptmp->time, ptmp->type);}printf("\n");return OK;
}

2.链式队列

2.1 LinkedQueue.h

#pragma once
#include "pch.h"
#include "defineConst.h"
typedef struct QElemType
{int time;int duration;struct QElemType *next;
}QElemType;
typedef struct LinkedQueue
{QElemType *front;//头指针QElemType *rear;//尾指针
}LinkedQueue;
int InitQueue(LinkedQueue *pQueue);
int isemptyQueue(LinkedQueue *pQueue);
int delFirstQueue(LinkedQueue *pQueue,QElemType *pQElem);
int enQueue(LinkedQueue *pQueue, QElemType sQElem);
int queueLength(LinkedQueue *pQueue);
int getHead(LinkedQueue *pQueue, QElemType * pQElem);
int queueTravel(LinkedQueue *pQueue);

2.2 LinkedQueue.cpp

#include "pch.h"
#include"LinkedQueue.h"
#include<iostream>int InitQueue(LinkedQueue *pQueue)
{//分配内存pQueue->front = pQueue->rear = (QElemType *)malloc(sizeof(QElemType));if (pQueue->front == NULL){printf("分配内存失败！\n");exit(-1);}pQueue->front->next = NULL;return OK;
}
int isemptyQueue(LinkedQueue *pQueue)
{if (pQueue->front == pQueue->rear)return true;elsereturn false;
}
int delFirstQueue(LinkedQueue *pQueue, QElemType *pQElem)
{QElemType *ptmp;//临时结点指针if (isemptyQueue(pQueue)){printf("队列为空，不能继续出队列\n");return ERROR;}else{ptmp = pQueue->front->next; //让ptmp指向队列的首节点的后一个元素*pQElem = *ptmp;    //将首节点的值复制给pQElempQueue->front->next = ptmp->next;//front指针向后移动一位，删除这个结点if (pQueue->rear == ptmp){pQueue->rear = pQueue->front;}free(ptmp);return OK;}
}
int enQueue(LinkedQueue *pQueue, QElemType sQElem)//结点入队操作
{QElemType *ptmp;//临时结点指针ptmp = (QElemType *)malloc(sizeof(QElemType));if (ptmp == NULL){printf("分配内存失败！");exit(-1);}else{//尾节点指向新入队的元素*ptmp=sQElem;ptmp->next = NULL;pQueue->rear->next = ptmp;pQueue->rear = ptmp;}return OK;
}
int queueLength(LinkedQueue *pQueue)//获取队列长度
{QElemType *ptmp;//临时结点指针int count = 0;ptmp = pQueue->front->next;//队列第一个结点while (ptmp != NULL){count++;ptmp = ptmp->next;}return count;
}
int getHead(LinkedQueue *pQueue, QElemType * pQElem)
{if (isemptyQueue(pQueue)){printf("队列为空！");return ERROR;}*pQElem = *(pQueue->front->next);return OK;
}
int queueTravel(LinkedQueue *pQueue)
{QElemType *ptmp;//临时结点指针if (isemptyQueue(pQueue)){printf("队列为空！\n");return ERROR;}ptmp = pQueue->front->next;//队列第一个结点while (ptmp != NULL){printf("[到达时刻：第%d分钟，服务时长：%d分钟]\n",ptmp->time,ptmp->duration);ptmp = ptmp->next;}printf("\n");return OK;
}

3.主要业务功能

3.1 BankService.h

#pragma once
#include "pch.h"
#include "defineConst.h"
#include<stdio.h>
void Initialize();
void CustomerArrived();
void CustomerLeaved();
int ShortestQueue();
void PrintQueue();
void PrintEventList();
void BankSimulation();

3.2 BankService.cpp

#include "pch.h"
#include "EventList.h"
#include "LinkedQueue.h"
#include"BankService.h"
#include<iostream>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#define Maxsize 20//银行服务窗口最大数量
int gWindowNum;//银行服务窗口数
int gCustomerNum;//客户总人数
int gTotalTime;//总服务时间
int gCloseTime;//银行关闭时间
EventList gEventList;//事件列表
Event gEvent;//事件
LinkedQueue gQueue[Maxsize];//队列数组
QElemType gCustomer;//队列结点
void Initialize()//初始化数据
{int i;gTotalTime = 0;gCustomerNum = 0;InitList(gEventList);//初始化事件列表//服务窗口个数printf("请输入银行服务窗口个数(1~20):");scanf_s("%d", &gWindowNum);while (gWindowNum<1 || gWindowNum>Maxsize){printf("请输入1到%d之间的整数:", Maxsize);scanf_s("%d", &gWindowNum);}//服务关闭时间printf("请输入服务关闭时间(超过这个时间就不再接纳新顾客)(单位:分钟):");scanf_s("%d", &gCloseTime);while (gCloseTime < 1){printf("请输入大于零的整数:");scanf_s("%d", &gCloseTime);}//为每一个窗口建立一个空队列for (i = 0;i < gWindowNum;i++){InitQueue(&gQueue[i]);}
}
void CustomerArrived()//处理客户到达事件
{QElemType sQElem;Event sEvent;int index;//排队人数最少的窗口编号int arrivetime;//客户到达时间int duration;//业务办理时间printf("当前时刻：第%d分钟\n", gEvent.time);//顾客到达的时间，在上一位顾客之后1~5分钟arrivetime = gEvent.time+ rand() % 5 + 1;duration = rand() % 21 + 10;//办理业务时间为10~30分钟if (arrivetime < gCloseTime)//服务尚未关闭{gCustomerNum++;//新顾客到达事件sEvent.time = arrivetime;sEvent.type = 0;OrderInsert(gEventList, sEvent);//顾客进入人数最少的窗口排队sQElem.time = gEvent.time;//入队时刻sQElem.duration = duration;//办理业务时间index = ShortestQueue();enQueue(&gQueue[index], sQElem);//入列//如果恰好排在了队首，预定离开事件if (queueLength(&gQueue[index]) == 1){//记录顾客从第index+1号号窗口离开（因为索引从0开始）sEvent.time =gEvent.time + duration;sEvent.type = index + 1;OrderInsert(gEventList, sEvent);}}else//银行排队服务关闭，不再接受新客户printf("\n排队服务以关闭，不再接受新客户！\n");}
void CustomerLeaved()//处理客户离开事件
{Event sEvent;int index = gEvent.type - 1;//队列编号为窗口编号-1delFirstQueue(&gQueue[index], &gCustomer);//删除队首节点printf("\n顾客离开时间：%d", gEvent.time);gTotalTime += gCustomer.duration;//记录服务时间//如果队列不为空，则预定下一位顾客从第index+1窗口离开if (isemptyQueue(&gQueue[index])){getHead(&gQueue[index], &gCustomer);//获得下一位顾客// 记录离开事件sEvent.time = gEvent.time + gCustomer.duration;sEvent.type = index + 1;OrderInsert(gEventList, sEvent);}
}
int ShortestQueue()
{int i = 0;int min = 9999;//最短队列的长度int index = -1;//最短队列的编号int length = 0;//遍历各个窗口，比较哪个窗口排队的人数最少for (int i = 0;i < gWindowNum;i++){length = queueLength(&gQueue[i]);if (min > length){min = length;index=i;}}return index;
}
void PrintQueue()//显示当前窗口队列
{int i;printf("\n窗口排队状态：\n");for (i = 0;i < gWindowNum;i++){printf("%d号窗口：\n",i+1);queueTravel(&gQueue[i]);}printf("\n");
}
void PrintEventList()//显示当前事件表
{printf("\n事件表状态：\n");ListTravel(gEventList);
}
void BankSimulation()//银行排队模拟
{//随机数发生器，用于模拟随机用户排队事件//根据当前系统时间初始化随机数种子srand((unsigned) time(NULL));//准备开业Initialize();//第一个顾客到来gEvent.time = 0;gEvent.type = 0;OrderInsert(gEventList, gEvent);//处理排队列表while (!isEmptyList(gEventList)){delFirst(gEventList, &gEvent);//处理顾客事件if (gEvent.type == 0)CustomerArrived();elseCustomerLeaved();//显示当前事件列表，以及排队情况PrintEventList();PrintQueue();//暂停一会，便于观察输出内容system("PAUSE");}//平均服务时间printf("\n");printf("客服平均服务时间:%f分钟\n", (float)gTotalTime / gCustomerNum);system("PAUSE");
}

4.主函数

#include "pch.h"
#include"defineConst.h"
#include"BankService.h"
#include "EventList.h"
#include"LinkedQueue.h"
#include <iostream>int main()
{BankSimulation();
}

5. 程序结果

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