数据结构基础(14) --链式队列的设计与实现

来源：互联网发布：桔子一键重装知乎编辑：程序博客网时间：2024/06/05 03:36

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;}

2 0