构建稳固基础：队列数据结构，优先级队列，循环队列的理解与实现

前端

2023-11-13 11:45:08

在计算机的世界里，时刻发生着数据的传递和交换，如何高效的组织和管理这些数据，成为计算机科学家们努力攻克的一大难题。数据结构，应运而生。数据结构队列，正是其中重要的组成部分。

队列：先进先出（FIFO）

队列，是一种先进先出（FIFO）的数据结构，也就是说，最早加入队列的数据将最先被处理。队列的优点在于，它非常容易实现，并且可以高效地进行数据插入和删除操作。

队列的应用场景非常广泛，例如，可以用来实现计算机中的打印任务队列，也可以用来模拟现实生活中的排队场景。

优先级队列：让重要的事情先行

优先级队列，是一种特殊的队列，其中数据元素根据其优先级进行排序，优先级较高的数据元素将被优先处理。

优先级队列的应用场景也非常广泛，例如，可以用来实现计算机中的进程调度，也可以用来模拟现实生活中的急诊室排队场景。

循环队列：空间利用率更优

循环队列，是一种特殊的队列，其中数据元素以循环的方式存储，当队列已满时，新的数据元素将覆盖队首的数据元素。

循环队列的优点在于，它可以提高空间利用率，并且可以避免数据元素的移动。

实现一个队列：从理论到实践

掌握了队列的概念和原理，我们就可以动手实现一个队列。这里，我们以循环队列为例，介绍如何使用 C++ 语言实现一个队列。

class Queue {
public:
  Queue(int size) {
    array = new int[size];
    front = rear = -1;
    capacity = size;
  }

  void enqueue(int data) {
    if ((front == 0 && rear == capacity - 1) || (rear == (front - 1) % (capacity - 1))) {
      std::cout << "Queue is full" << std::endl;
      return;
    } else if (front == -1) {
      front = rear = 0;
    } else if (rear == capacity - 1) {
      rear = 0;
    } else {
      rear++;
    }

    array[rear] = data;
  }

  int dequeue() {
    if (front == -1) {
      std::cout << "Queue is empty" << std::endl;
      return -1;
    }

    int data = array[front];
    if (front == rear) {
      front = rear = -1;
    } else if (front == capacity - 1) {
      front = 0;
    } else {
      front++;
    }

    return data;
  }

  int size() {
    if (front == -1) {
      return 0;
    } else if (rear >= front) {
      return rear - front + 1;
    } else {
      return capacity - (front - rear - 1);
    }
  }

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

private:
  int* array;
  int front;
  int rear;
  int capacity;
};