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;
}