队列：一种先进先出数据结构

引言

在计算机科学领域，队列是一种常见的数据结构，它遵循先进先出（FIFO）原则。想象一个现实世界的队列，人们排队等待服务，先来的人先得到服务。同样地，队列数据结构允许在队尾插入新元素，而在队头删除元素。

队列的实现

队列可以用顺序存储结构或链式存储结构来实现。顺序存储结构使用数组来存储元素，队头和队尾都使用指针表示。另一方面，链式存储结构使用链表，其中每个元素包含数据和指向下一个元素的指针。

循环队列

为了解决假溢出问题（当队尾指针指向数组末尾，但队列不为空），引入了循环队列。在这种实现中，队尾指针在到达数组末尾后循环回到数组开头。这消除了假溢出，因为循环队列永远不会完全“溢出”。

队列操作

队列支持以下基本操作：

• enqueue(x)：在队尾插入元素 x。
• dequeue()：删除队头元素。
• front()：返回队头元素。
• rear()：返回队尾元素。
• isEmpty()：检查队列是否为空。

应用

队列在计算机科学中有广泛的应用，包括：

• 消息队列： 存储待处理的消息。
• 缓冲区： 在不同速度的进程之间充当缓冲区。
• 事件队列： 在图形用户界面中处理事件。
• 广度优先搜索（BFS）： 用于遍历树和图。

示例代码

以下是在 C++ 中使用数组实现队列的示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class Queue {
private:
    vector<int> arr;
    int front, rear;

public:
    Queue() {
        front = -1;
        rear = -1;
    }

    void enqueue(int x) {
        if (front == -1) {
            front++;
        }
        arr.push_back(x);
        rear++;
    }

    int dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        int temp = arr[front];
        arr.erase(arr.begin() + front);
        front++;
        if (front > rear) {
            front = rear = -1;
        }
        return temp;
    }

    bool isEmpty() {
        return front == -1;
    }
};

int main() {
    Queue q;
    q.enqueue(1);
    q.enqueue(2);
    q.enqueue(3);
    cout << q.dequeue() << endl;  // 输出 1
    cout << q.dequeue() << endl;  // 输出 2
    q.enqueue(4);
    cout << q.dequeue() << endl;  // 输出 3
    cout << q.dequeue() << endl;  // 输出 4
    return 0;
}

总结

队列是一种重要的数据结构，用于遵循 FIFO 原则处理数据。它在计算机科学中有着广泛的应用，从消息队列到广度优先搜索。理解队列的实现和操作对于计算机程序员来说至关重要。