队列(C++版).ppt

队列是一种特殊的线性表，遵循“先进先出”（FIFO）原则，即最早进入队列的元素最先从队列中移出。在C++中实现队列，通常使用数组或链表作为基础数据结构。 队列由两部分组成：队头（front）和队尾（rear）。队头是元素出队的地方，而队尾是元素入队的地方。在数组实现的队列中，通常使用两个指针head和tail来跟踪队头和队尾的位置。初始状态下，head和tail都设为0，表示队列为空。当有元素入队时，tail加1，表示新元素插入到队尾；当元素出队时，head加1，表示队头的元素被移除。队列中元素的个数可以通过tail - head得到，如果tail >= head，则表示队列非空。 队列的两种基本操作是入队（enqueue）和出队（dequeue）。入队操作是在队尾添加元素，而出队操作是从队头移除元素。在C++中，可以定义一个队列类，包含数据成员head和tail以及相应的入队和出队方法。例如： ```cpp template <typename T> class Queue { private: const int MAX_SIZE; T queue[MAX_SIZE]; int front, rear; public: Queue(int maxSize) : MAX_SIZE(maxSize), front(0), rear(0) {} bool isEmpty() const { return front == rear; } bool isFull() const { return (rear + 1) % MAX_SIZE == front; } void enqueue(const T& item) { if (isFull()) { throw std::runtime_error("Queue Overflow"); } rear = (rear + 1) % MAX_SIZE; queue[rear] = item; } T dequeue() { if (isEmpty()) { throw std::runtime_error("Queue Underflow"); } T item = queue[front]; front = (front + 1) % MAX_SIZE; return item; } }; ``` 在上述代码中，队列使用模运算来实现循环队列，避免了数组边界导致的“假溢出”问题。当队列满时，入队操作会抛出异常，而出队操作则会返回队头元素并更新队头指针。 队列在计算机科学中有多种应用，如操作系统中的任务调度、打印任务队列、网络数据包处理等。在分时系统中，队列可以用于管理多个用户对CPU的访问请求，每个用户请求入队，CPU按照队列顺序依次处理。当用户任务完成或者时间片用尽，该用户的请求出队，可能重新入队等待下次服务，从而实现多用户看似同时使用计算机的效果。 此外，队列还可以使用链表实现，特别是在需要动态调整大小或者多个队列共享内存的情况下。链表结构的队列可以更灵活地处理元素的插入和删除，而不会受到固定数组大小的限制。在C++中，可以使用`std::list`或自定义链表结构来实现链式队列。 队列是编程中的一种基础数据结构，其操作简单，但在各种应用场景中发挥着关键作用。理解队列的工作原理和实现方法对于编写高效、可靠的程序至关重要。