C++实现普通队列，循环队列的基本操作（初始化，入队，出队，获取队列首元素等）

队列是一种先进先出（FIFO，First-In-First-Out）的线性表，通常用链表或者数组来实现。队列只能在队尾插入元素，只能在队首删除元素。

队列的一些性质：

1.出队方案唯一

2.队首元素先出

3.新元素插入队尾

线性队列的初始化：

#include <iostream>using namespace std;class Queue{private:    int *data;              //定义指向整型的指针，从而动态开辟内存    int head,tail,length;   //head指向队首,tail指向队尾,length表示队列的长度public:    Queue (int length_input){       //构造函数,对新声明的队列对象进行初始化        data = new int [length_input];      //动态开辟100个整型数据的空间        length = length_input;              //为队列的长度赋初始值        head = 0;                       //起初head为0，表示head值未改变的情况下,一直指向首元素        tail = -1;                      //tail初始值为-1，表示此时队列为空,无任何数据元素    }    ~Queue(){        delete [] data;             //析构函数,删除动态开辟的内存    }};int main() {    Queue queue(100);           //声明一个队列对象,并初始化    return 0;}

入队操作：

#include <iostream>using namespace std;class Queue{private:    int *data;              //定义指向整型的指针，从而动态开辟内存    int head,tail,length;   //head指向队首,tail指向队尾,length表示队列的长度public:    Queue (int length_input){       //构造函数,对新声明的队列对象进行初始化        data = new int [length_input];      //动态开辟100个整型数据的空间        length = length_input;              //为队列的长度赋初始值        head = 0;                       //起初head为0，表示head值未改变的情况下,一直指向首元素        tail = -1;                      //tail初始值为-1，表示此时队列为空,无任何数据元素    }    ~Queue(){        delete [] data;             //析构函数,删除动态开辟的内存    }     void push(int element){       //入队操作,只能从队列的尾部插入数据元素        if(tail+1 < length){        //队列未满的时候才能插入,否则则插入失败            ++tail;                 //队尾指针先往后移动一位            data[tail] = element;   //再插入队尾指针指向的位置        }    }    void output(){        for(int i = head;i <= tail;i++){     //从队首一直遍历到队尾            cout << data[i] << " ";        }        cout << endl;    }};int main() {    Queue queue(100);               //声明一个队列对象,并初始化     for(int i = 1;i <= 10;++i){        queue.push(i);             //将1-10这10个数据元素依次插入队列中    }    queue.output();             //调用输出的方法    return 0;}

效果图：

出队以及获取队首元素的操作：

#include <iostream>using namespace std;class Queue{private:    int *data;              //定义指向整型的指针，从而动态开辟内存    int head,tail,length;   //head指向队首,tail指向队尾,length表示队列的长度public:    Queue (int length_input){       //构造函数,对新声明的队列对象进行初始化        data = new int [length_input];      //动态开辟100个整型数据的空间        length = length_input;              //为队列的长度赋初始值        head = 0;                       //起初head为0，表示head值未改变的情况下,一直指向首元素        tail = -1;                      //tail初始值为-1，表示此时队列为空,无任何数据元素    }    ~Queue(){        delete [] data;             //析构函数,删除动态开辟的内存    }     void push(int element){       //入队操作,只能从队列的尾部插入数据元素        if(tail+1 < length){        //队列未满的时候才能插入,否则则插入失败            ++tail;                 //队尾指针先往后移动一位            data[tail] = element;   //再插入队尾指针指向的位置        }    }    void pop(){        if(tail < 0){     //队列为空,出队失败            return;        }        ++head;          //队首指针后移,表示原来队首已出列    }    int top(){        if(tail > -1){      //队列不为空的情况下才能获取队首元素            return data[head];        }    }    void output(){        for(int i = head;i <= tail;i++){     //从队首一直遍历到队尾            cout << data[i] << " ";        }        cout << endl;    }};int main() {    Queue queue(100);               //声明一个队列对象,并初始化     for(int i = 1;i <= 10;++i){        queue.push(i);             //将1-10这10个数据元素依次插入队列中    }    queue.output();             //调用输出的方法    cout << "当前的队首元素为:" << queue.top() << endl;    queue.pop();               //出队    queue.output();             //调用输出的方法    cout << "出队操作后的队首元素为:" << queue.top() << endl;    return 0;}

效果图：

可是，普通队列有什么局限性呢？比如说我们动态申请了能够100个整型数据的数组来容纳队列中的元素，而正如函数中的判断语句：

tail+1 >= length

当tail的值达到length-1时，实际上就说明“队列”已经满了。但是实际情况真的是如此吗？

比如说在队列操作的过程中，不断地有元素出队，而且不断地有元素入队，那么的话，当tail的值达到length-1时，实际上就说明“队列”已经满了，但是如果此时head的值不是0的话，实际上这个队列是没有装满100个数据元素的，head之前的空间都将会被浪费。这种现象在我们程序设计中，称作“假溢出”现象

假溢出：系统作为队列用的存储区还没有满,但队列却发生了溢出,我们把这种现象称为"假溢出"。

假溢出百度百科描述

我们这时候肯定会想，如果这时候队尾指针tail能够继续越过队尾，往0—head之间增添元素的话，那么就可以避免空间的浪费了，所以呢，基于这种想法，我们便引进了循环队列来对当前队列进行改进

循环队列，顾名思义，就是以循环的方式来存储队列。回顾一下我们之前用到的队尾标记 tail。对于循环队列，当队尾标记 tail 到达数组的上界后，如果队列内的元素个数没有达到容量上限，就跳转到数组的起始位置，也就是 0 的位置；队首标记 head 到达数组上界采取同样的处理。通过这样的方法，我们就能够最大化利用内存空间，避免“假上溢”的情况出现啦。

循环队列：

下面我们将改进线性队列的代码，实现循环队列的一些基本操作

循环队列的一些性质：

1.在循环队列里，如果容量没有达到上限，当队尾队首标记达到数组上界后，就跳转到数组起始位置

2.在线性队列里，当 tail 达到队列上限后，继续插入就会发生“假上溢”的情况

3.循环队列里可通过统计队列里元素个数，判断能否继续往队列里插入元素

首先，我们增加一个count变量来计算入队的元素个数，这样的话，当count = length的时候，才表示真正的队列“上溢”，所以呢，对于循环队列的入队操作，可分两种情况讨论：

1.如果队尾指针此时并未指向队列的最后一位,那么队尾指针直接前移

2.当队尾指针此时指向最后一位时，那么当队列未满时,则队尾指针将跳转至数组起始位置

第一种情况下，我们可以写成：

tail = tail + 1;

而第二种情况下，我们可以写成：

tail = （tail + 1）% length

所以呢，两种情况综合起来，则可写成：

tail = (tail + 1) % length;

同样的，出队操作时，则有：

head = (head + 1) % length;

这里特别需要注意的是，循环队列的遍历输出时，循环截止条件不再是head <= tail，而是head != tail +1，这是为什么呢？原因其实也很简单，因为当队尾队首标记达到数组上界后，就跳转到数组起始位置，所以tail是可能小于head的，而无论是head<tail，亦或是head > tail，都是顺时针从head循环至tail，所以可用此循环截止条件：

for(int i = head;i != tail + 1;i = (i + 1)%length){     //从队首一直遍历到队尾,当遍历到最后一位时,跳转至数组起始位置                                          //特别注意此时循环截止的条件应该是i != tail + 1，因此可能tail的值小于head            cout << data[i] << " ";        }

循环队列初始化，入队出队等操作完整代码实现：

#include <iostream>using namespace std;class Queue{private:    int *data;              //定义指向整型的指针，从而动态开辟内存    int head,tail,length,count;   //head指向队首,tail指向队尾,length表示队列的长度,count用于记录队列中元素个数,从而判断队列是否已满public:    Queue (int length_input){       //构造函数,对新声明的队列对象进行初始化        data = new int [length_input];      //动态开辟100个整型数据的空间        length = length_input;              //为队列的长度赋初始值        head = 0;                       //起初head为0，表示head值未改变的情况下,一直指向首元素        tail = -1;                      //tail初始值为-1，表示此时队列为空,无任何数据元素        count = 0;    }    ~Queue(){        delete [] data;             //析构函数,删除动态开辟的内存    }     void push(int element){            //入队操作,只能从队列的尾部插入数据元素        if(count < length){             //队列未满的时候才能插入,否则则插入失败            tail = (tail + 1) % length;     //分两种情况,如果队尾指针此时并未指向队列的最后一位,那么队尾指针直接前移,而当队尾指针此时指向最后一位时            data[tail] = element;           //那么当队列未满时,则队尾指针将跳转至数组起始位置，再将数据元素插入队尾指针指向的位置            ++count;                    //入队成功,队列中元素数量加一        }    }    void pop(){        if(count < 0){     //队列为空,出队失败            return;        }        head = (head + 1) % length;         //同样,根据循环队列的性质得出        --count;            //出队成功,队列中元素数量减一    }    int top(){        if(count > 0){      //队列不为空的情况下才能获取队首元素            return data[head];        }    }    void output(){        for(int i = head;i != tail + 1;i = (i + 1)%length){     //从队首一直遍历到队尾,当遍历到最后一位时,跳转至数组起始位置                                                                //特别注意此时循环截止的条件应该是i != tail + 1，因此可能tail的值小于head            cout << data[i] << " ";        }        cout << endl;    }};int main() {    Queue queue(100);               //声明一个队列对象,并初始化     for(int i = 1;i <= 10;++i){        queue.push(i);             //将1-10这10个数据元素依次插入队列中    }    queue.output();             //调用输出的方法    cout << "当前的队首元素为:" << queue.top() << endl;    queue.pop();               //出队    queue.output();             //调用输出的方法    cout << "出队操作后的队首元素为:" << queue.top() << endl;    return 0;}

效果图：

 

如有错误，还请指正，O(∩_∩)O谢谢