C++ Queue

在 C++ 中，队列表示基本数据结构，它们遵循先进先出 (FIFO) 的逻辑。C++ 的 标准模板库 (STL) 通过其现成的组件提供了一个队列类，可以提高队列操作的效率。

队列是一种线性数据结构，它通过一种队列机制来处理元素，该机制在队尾插入元素，在队头移除元素。队列的工作方式类似于售票处排队，因为顾客根据他们到达的顺序获得服务。

队列在编程中发挥着至关重要的作用，因为开发人员需要它们来执行任务调度功能、模拟基于行的服务以及在树中执行层序遍历。

队列的操作

C++ 中队列的几个操作如下：

1. 入队 (Enqueue)：用于在队列末尾插入一个元素。
2. 出队 (Dequeue)：用于从队列前端移除一个元素。
3. 队首 (Front)：返回队列的第一个元素。
4. 队尾 (Rear)：返回队列的最后一个元素。

语法

它具有以下语法：

在这个语法中，

• Obj：表示队列中元素的类型。
• Container：表示容器对象的类型。

队列示例

让我们通过一个例子来说明 C++ 中的队列。

输出

The Front element of the Queue is: 25
The Rear element of the Queue is: 41
The Front element after pop: 37

说明

在此示例中，我们演示了使用 STL queue 容器的基本队列操作。它向队列中添加了三个整数，显示了队首和队尾元素，使用 pop() 移除了队首元素，然后显示了更新后的队首。之后，队列遵循 FIFO 原则。

队列的关键特征

C++ 中队列的几个特征如下：

• FIFO 顺序：队列在 FIFO 顺序系统下，完全按照其到达顺序处理元素。
• 动态结构：队列结构允许在恒定时间内进行添加和移除操作。

这些系统积极参与作业调度、管理客户服务运营以及提高数据缓冲效率。

C++ 中队列的声明和初始化

队列元素通过 push() 函数来初始化，在声明后逐个插入元素。在 C++ 中，我们可以通过多种方式声明和初始化队列。

语法

它具有以下语法：

• datatype：队列将存储的元素类型（例如，int、string、float）。
• queue_name：表示队列的标识符。

声明和初始化队列的示例

让我们通过一个例子来说明如何在 C++ 中声明和初始化队列。

输出

Front: 10
Back: 30

说明

在此示例中，我们演示了 STL queue 容器的用法。首先，我们声明一个整数队列并使用 push() 函数插入三个元素。之后，front() 函数检索第一个插入的元素，而 back() 检索最后一个添加的元素。

成员类型

下面是队列成员类型列表及其简要描述。

函数

通过函数，对象或变量可以在编程领域中发挥作用。队列提供了大量可用于或嵌入程序中的函数。以下是它们的列表：

执行基本队列功能的示例

让我们看一个简单的程序，展示 C++ 中基本队列函数的使用。

输出

The queue fquiz is : 10 20 30
fquiz.size() : 3
fquiz.front() : 10
fquiz.back() : 30
fquiz.pop() : 20 30

说明

在此示例中，我们演示了 queue 容器及其函数，如 push()、pop()、front()、back() 和 size() 的用法。首先，它定义了一个名为 showsg() 的辅助函数来显示队列元素。之后，程序将元素添加到队列中，显示它们，显示其大小、队首和队尾元素，然后使用 pop() 函数移除队首元素。

队列上的基本操作

在 C++ 中，我们可以对队列执行 several 操作。其中一些如下：

1) 插入 (push())

在 C++ 中，插入操作将新元素放置在队列系统当前最后一个条目之后。插入过程不会修改队列队首位置的元素。在队列中插入元素的过程也称为入队 (Enqueue)。可以按顺序将多个元素添加到队列中。

语法

它具有以下语法：

C++ 插入队列元素的示例

让我们看一个程序，演示如何将元素插入队列。

输出

Queue after insertion: 10 <- 30

说明

在此示例中，push() 函数在队尾添加元素。队列：10 <- 20 <- 30 front() 显示第一个元素 (10)，back() 显示最后一个元素 (30)。

2) 删除 (pop())

队列的队首元素将是此操作要移除的第一个元素。它遵循 FIFO 规则。系统通过 pop() 函数通过每次操作处理并移除一个元素。

弹出元素不会提供被移除的值，因为它需要用户首先通过 front() 函数访问队首元素。从队列中移除元素的过程称为出队 (dequeuer)。

语法

它具有以下语法：

删除元素的示例

让我们看一个程序，演示如何删除队列中的元素。

输出

Before pop, front = 10
After pop, new front = 20

说明

在此示例中，pop() 函数移除队首（第一个）元素。移除 10 后，下一个元素 (20) 成为新的队首。

3) 访问队首元素 (front())

此函数允许访问下一个将从队列中移除的队首元素。

语法

它具有以下语法：

C++ 访问队首元素的示例

让我们看一个程序，演示如何访问队列中的队首元素。

输出

Front of the queue: Alice

说明

在此示例中，front() 函数显示第一个插入的元素。

4) 访问队尾元素 (back())

该方法允许访问队列中最新添加元素的引用。

语法

它具有以下语法：

让我们看一个程序，演示如何访问队列中的队尾元素。

输出

Back of the queue: Bob

说明

在此示例中，back() 函数显示最近插入的元素。

5) 检查大小 (size())

该函数返回队列容器的大小，这是队列中存储的元素数量的度量。

语法

它具有以下语法：

C++ 检查大小的示例

让我们看一个程序，演示如何检查队列中元素的数量。

输出

Queue size: 3

说明

在此示例中，size() 函数计算队列中存在的元素数量。

6) 检查队列是否为空 (empty())

该函数用于测试队列是否为空。当队列不包含任何元素时，该函数才返回 true，而在所有其他情况下都返回 false。

语法

它具有以下语法：

C++ 队列 empty() 函数的示例

让我们看一个程序，演示如何检查队列中的元素是否为空。

输出

Queue is empty
Queue is not empty

说明

在此示例中，如果队列没有元素，empty() 函数将返回 true。

7) 遍历队列

队列需要遍历过程来显示从第一个到最后一个的所有元素。我们通过使用循环以及 front() 和 pop() 函数来遍历和打印队列元素，因为 std::queue 不支持迭代器。

遍历后队列变空，因为所有元素都已被移除。通过将原始队列复制到一个不同的临时队列中，然后使用这个新队列进行遍历，我们可以保留原始队列。

C++ 遍历队列的示例

让我们看一个程序，演示如何遍历队列中的元素。

输出

Queue elements: 1 2 3

说明

在此示例中，我们每次都打印队首元素并执行 pop()。遍历结束后队列变空。

时间复杂度

下表显示了 C++ 中队列的 several 操作的时间复杂度。

结论

总而言之，C++ 中的队列作为基本数据结构，实现 FIFO 逻辑，按照到达顺序处理指令。通过 C++ 标准模板库 (STL) 的队列容器系统，开发人员可以高效地访问入队、出队和查看操作。

C++ 队列选择题

1) C++ STL 中队列的最佳描述是什么？

1. LIFO（后进先出）数据结构
2. 存储键值对元素的容器
3. FIFO（先进先出）数据结构
4. 动态数组容器

2) 关于 STD::queue 的以下哪个陈述是正确的？

1. 可以使用索引随机访问元素
2. 队列允许在两端进行插入和删除
3. 元素从队首插入，从队尾删除
4. 元素从队尾插入，从队首删除

3) std::queue 的 empty() 函数返回什么？

1. 队列中空槽的数量
2. 队列中的最后一个元素
3. 如果队列中有元素，则返回 true
4. 如果队列中没有元素，则返回 true

4) 以下关于 std::queue 的哪个陈述不正确？

1. 它是一个容器适配器
2. 它支持元素的随机访问
3. 它只允许在队尾插入
4. 它定义在头文件中

5) 以下哪个最能描述 std::queue 的内部结构？

1. 一个容器适配器，它使用另一个容器，例如 deque 或 list
2. 一个行为反转的堆栈
3. 一个带有队首和队尾指针的动态数组
4. 基于优先级的容器