链式队列(Linked Queue)

链式队列(Linked Queue)

1. 链式队列的概念

1.1 链式队列的定义

  • 链式队列是基于链表的存储表示实现的队列。

1.2 链式队列中各元素的逻辑及存储关系

  • 链式队列可以采用单链表作为其存储表示,因此,可以在链式队列的声明中用单链表定义它的存储空间。
  • 链式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:链式队列的队头元素存放在单链表的第一个结点内,若要从队列中退出一个元素,必须从单链表中删去第一个结点,而存放着新元素的结点应插在队列的队尾,即单链表的最后一个结点后面,这个新节点将成为新的队尾。

1.3 链式队列的特点

  • 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。
  • 若程序中要使用多个队列,与多个栈的情形一样,用链接表示不仅能够提高效率,还可以达到共享存储空间的目的。
  • 使用链式队列不会出现存储分配不合理的问题,也不需要进行存储的移动,

2. 链式队列的实现

2.1 链表结点结构的定义

  • 文件:LinkNode.h

    
    #ifndef LINK_NODE_H_
    
    #define LINK_NODE_H_
    
    #include <iostream>
    
    #include <string>
    
    #include <strstream>
    
    using namespace std;
    
    template <class T>
    struct LinkNode         //链表结点类的定义
    {
        T data;             //数据域
        LinkNode<T> *link;  //指针域——后继指针
        //仅初始化指针成员的构造函数
        LinkNode(LinkNode<T>* ptr = NULL){ link = ptr; }
        //初始化数据与指针成员的构造函数
        LinkNode(const T& value, LinkNode<T>* ptr = NULL){ data = value; link = ptr; }
    };
    
    #endif /* LINK_NODE_H_ */
    

2.2 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 bool 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 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_ */
    

2.3 链式队列的类定义及其操作的实现

  • 文件:LinkedQueue.h

    
    #ifndef LINKED_QUEUE_H_
    
    #define LINKED_QUEUE_H_
    
    #include "LinkNode.h"
    
    #include "Queue.h"
    
    template <class T>
    class LinkedQueue : public Queue<T>
    {
    public:
        LinkedQueue();                      //构造函数
        virtual ~LinkedQueue();             //析构函数
    public:
        virtual bool 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 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 LinkedQueue<T>& s);   //输出队列中元素的重载操作<<
    private:
        LinkNode<T> *front; //队头指针,即链头指针
        LinkNode<T> *rear;  //队尾指针,即链尾指针
    };
    
    //构造函数
    template <class T>
    LinkedQueue<T>::LinkedQueue()
    : front(NULL), rear(NULL)
    {
        cout << "$ 执行构造函数" << endl;
    }                       
    
    //析构函数
    template <class T>
    LinkedQueue<T>::~LinkedQueue()
    {
        cout << "$ 执行析构函数" << endl;
        MakeEmpty();
    }   
    
    //新元素x入队
    template <class T>
    bool LinkedQueue<T>::EnQueue(const T& x)
    {
        LinkNode<T> *newNode = new LinkNode<T>(x);
        if (NULL == newNode)
        {
            return false;
        }
    
        if (NULL == front)
        {
            front = newNode;
            rear = newNode;
        }
        else
        {
            rear->link = newNode;
            rear = rear->link;
        }
        return true;
    }
    
    //队头元素出队,并将该元素的值保存至x
    template <class T>
    bool LinkedQueue<T>::DeQueue(T& x)
    {
        if (true == IsEmpty())
        {
            return false;
        }
        LinkNode<T> *curNode = front;
        front = front->link;
        x = curNode->data;
        delete curNode;
        return true;
    }
    
    //读取队头元素,并将该元素的值保存至x
    template <class T>
    bool LinkedQueue<T>::getFront(T& x) const
    {
        if (true == IsEmpty())
        {
            return false;
        }
        x = front->data;
        return true;
    }
    
    //判断队列是否为空
    template <class T>
    bool LinkedQueue<T>::IsEmpty() const
    {
        return (NULL == front) ? true : false;
    }
    
    //判断队列是否为满
    template <class T>
    bool LinkedQueue<T>::IsFull() const
    {
        return false;
    }
    
    //计算队列中元素个数
    template <class T>
    int LinkedQueue<T>::getSize() const
    {
        int count = 0;
        LinkNode<T> *curNode = front;
        while (NULL != curNode)
        {
            curNode = curNode->link;
            count++;
        }
        return count;
    }
    
    //清空队列的内容
    template <class T>
    void LinkedQueue<T>::MakeEmpty()
    {
        LinkNode<T> *curNode = NULL;
        while (NULL != front)           //当链表不为空时,删去链表中所有结点
        {
            curNode = front;            //保存被删结点
            front = curNode->link;      //被删结点的下一个结点成为头结点
            delete curNode;             //从链表上摘下被删结点
        }
    }
    
    //输出队列中元素的重载操作<<
    template <class T>
    ostream& operator<<(ostream& os, const LinkedQueue<T>& s)
    {
        int i = 0;
        LinkNode<T> *curNode = s.front;
        while (NULL != curNode)
        {
            os << "[" << i++ << "]" << " : " << curNode->data << endl;
            curNode = curNode->link;
        }
        return os;
    }
    
    #endif /* LINKED_QUEUE_H_ */
    

2.4 主函数(main函数)的实现

  • 文件:main.cpp

    
    #include "LinkedQueue.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 ISEMPTY  4          //判断队列是否为空
    
    #define ISFULL 5            //判断队列是否为满
    
    #define GETSIZE 6           //计算队列中元素个数
    
    #define MAKEEMPTY 7         //清空队列的内容
    
    #define OPERATOR_OSTREAM 8  //输出队列元素的重载操作<<
    
    void print_description()
    {
        cout << "------------------------------>链式队列<------------------------------" << 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: 判断队列是否为空" << endl;
        cout << "#5: 判断队列是否为满" << endl;
        cout << "#6: 计算队列中元素个数" << endl;
        cout << "#7: 清空队列的内容" << endl;
        cout << "#8: 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());
    }
    
    //构造链式队列
    template <class T>
    LinkedQueue<T>* construct_linkedqueue()
    {
        cout << "\n==> 创建链式队列" << endl;
        LinkedQueue<T> *linkedQueue = new LinkedQueue<T>;
        return linkedQueue;
    }
    
    //析构链式队列
    template <class T>
    void destory_linkedqueue(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        cout << "\n==> 释放链式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 linkedQueue;
        linkedQueue = NULL;
    }
    
    //新元素x入队
    template <class T>
    void enqueue(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        cout << "$ 执行新元素x入队函数" << endl;
        T data = get_data<T>();
        if (false == linkedQueue->EnQueue(data))
        {
            cout << "* 入队失败" << endl;
            return;
        }
        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(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        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 == linkedQueue->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(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        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 == linkedQueue->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;
    }
    
    //判断队列是否为空
    template <class T>
    void isempty(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        cout << "$ 执行判断队列是否为空函数,IsEmpty = " << linkedQueue->IsEmpty() << endl;
    }
    
    //判断队列是否为满
    template <class T>
    void isfull(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        cout << "$ 执行判断队列是否为满函数,IsFull = " << linkedQueue->IsFull() << endl;
    }
    
    //计算队列中元素个数
    template <class T>
    void getsize(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        cout << "$ 执行计算队列中元素个数函数,Size = " << linkedQueue->getSize() << endl;
    }
    
    //清空队列的内容
    template <class T>
    void makeempty(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        cout << "$ 执行清空队列的内容函数" << endl;
        linkedQueue->MakeEmpty();
    }
    
    //输出队列元素的重载操作<<
    template <class T>
    void operator_ostream(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        cout << "$ 执行输出队列元素的重载操作<<函数" << endl;
        cout << *linkedQueue;//或operator<<(cout, *linkedQueue);
    }
    
    //链式队列操作选择
    template <class T>
    void select_operation(LinkedQueue<T>* linkedQueue)
    {
        if (NULL == linkedQueue)
        {
            cout << "* 没有构造链式队列,请先构造链式队列。" << 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(linkedQueue);
                break;
            }
            case DEQUEUE://队头元素出队,并将该元素的值保存至x
            {
                dequeue(linkedQueue);
                break;
            }
            case GETFRONT://读取队头元素,并将该元素的值保存至x
            {
                getfront(linkedQueue);
                break;
            }
            case ISEMPTY://判断队列是否为空
            {
                isempty(linkedQueue);
                break;
            }
            case ISFULL://判断队列是否为满
            {
                isfull(linkedQueue);
                break;
            }
            case GETSIZE://计算队列元素个数
            {
                getsize(linkedQueue);
                break;
            }
            case MAKEEMPTY://清空队列的内容
            {
                makeempty(linkedQueue);
                break;
            }
            case OPERATOR_OSTREAM://输出队列元素的重载操作<<
            {
                operator_ostream(linkedQueue);
                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();
        LinkedQueue<int> *linkedQueue = construct_linkedqueue<int>();
        select_operation(linkedQueue);
        destory_linkedqueue(linkedQueue);
        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:链式队列

时间: 2024-11-05 12:13:12

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队列是一种常用的数据结构,它跟栈一样,操作都受到限制,队列只允许从一端进数据,另一端出数据.队列跟栈不同,栈是一种"后进先出"的模式,而队列是一种"先进先出"的操作模式.就好比日常排队一样,先排队的先出,后排队的后出.例如,进入队列的顺序是1,2,3,4,5则出队列的顺序是1,2,3,4,5(只考虑一次性出列的情况). 队列也分顺序队列和链式队列,跟顺序栈和链表栈一样,顺序队列同样是基于数组实现,链式队列则是基于链表实现. 顺序队列: //顺序队列 #include

链式队列总结

基本数据结构之-链式队列 链式队列就是一个操作受到限制的单链表,学会了单链表再来写这个就是轻松加愉快,但是貌似我去用了两个小时搞定,主要是基础差! 队列的基本操作就是入栈和出栈,还可以看到对头和对尾 如果维护了长度参数,那么也可以返回一个长度 不说理论了,直接上代码吧! 首先定义基本数据结构的结构体: typedef struct _LINKQUEUENODE { struct _LINKQUEUENODE *next; }LinkQueueNode; typedef struct _LINKQ

队列的实现:链式队列

队列常常也使用链式存储的方式来实现.为了方便操作,同顺序存储一样,我们要维护一个头指针和一个尾指针.如下图: 在链式队列中显然不会出现假溢出的情况.但在出队时,要及时释放内存.由于在队列的实现:顺序队列中,对队列的描述已经很清楚了.就闲话不多说,直接上代码: 类定义和类实现 #include<iostream> #include<iomanip> using namespace std; typedef int ELemType; class QNode //节点类型 { publ

队列(链式队列)

链式队列----用链表实现,链式队列就是一个操作受限的单向链表,如果读者了解单向链表的建立过程,那理解链式队列就很容易了,先回顾一下单向链表的建立过程 (不熟悉单向链表的可以先看看另一片随笔,再回来看链式队列理解起来更容易?https://www.cnblogs.com/lanhaicode/p/10304567.html) 单向链表 单向链表节点的组成部分 1 struct link 2 { 3 int data; 4 struct link *next; 5 }; 数据域:data----用

数据结构之---C语言实现链式队列

//链式队列的存储 //杨鑫 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef int QElemType; //定义节点 typedef struct QNode { QElemType data; struct QNode *next; }QNode, *QueuePtr; //定义指针 typedef struct { QueuePtr front; QueuePtr rear; }LinkQueue; //插入元素e进入队列 vo