【C++】模拟实现queue
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一.了解项目功能
📌了解queue官方标准
在本次项目中我们的目标是模拟实现一个queue,先一起看一下C++标准文档中queue的定义: cplusplus : C++ queue 标 准文档 
https://legacy.cplusplus.com/reference/queue/queue/ 
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总结一下:
1. 队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。
2. 队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列，从队头出队列。
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3. 底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下操作:
empty：检测队列是否为空
size：返回队列中有效元素的个数
front：返回队头元素的引用
back：返回队尾元素的引用
push_back：在队列尾部入队列
pop_front：在队列头部出队列
4. 标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。
更多有关数据结构——队列相关的基础知识可以移步:【数据 结 构】什么是 队 列 https://blog.csdn.net/weixin_72357342/article/details/134608979 文章目录如下:
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📌了解模拟实现queue
在本次项目中我们的目标是实现一个queue容器适配器:
该queue容器适配器底层可以使用vector或list来实现,但是使用vector来实现一个队列进行头删效率是非常低的,所以我们从底层上否定了vector作为queue底层的可能,只使用list或deque来实现queue.我们可以借助模板来一次性实现既可以使用链式底层的队列,又可以实现deque底层的队列:
queue提供的功能有:
1. push()
2. pop()
3. front()
4. back()
5. size()
6. empty()
二.逐步实现项目功能模块及其逻辑详解
通过第一部分对项目功能的介绍，我们已经对queue的功能有了大致的了解，虽然看似需要实现的功能很多，貌似一时间不知该如何下手，但我们可以分步分模块来分析这个项目的流程，最后再将各部分进行整合，所以大家不用担心，跟着我一步一步分析吧！
！！！注意，该部分的代码只是为了详细介绍某一部分的项目实现逻辑，故可能会删减一些与该部分不相关的代码以便大家理解，需要查看或拷贝完整详细代码的朋友可以移步本文第四部分。
📌实现queue成员变量
因为queue的底层是用deque或list来实现的,所以我们只需要定义一个deque或list成员变量即可.但因为我们选择将queue写成类模板,所以这里成员变量的类型是模板类型.
其实可以理解为queue的底层就是一个deque或list,但我们通过类的特性,对deque或list进行进一步的封装,使其行为符合queue的行为,就完成了一个queue类.
该部分功能实现代码如下:
namespace mfc
{
//容器适配器
template<class T, class Container = list<T>>//队列底层是拿什么实现的(list和deque)
//模板也可以给缺省参数
class queue
{
public:
//成员函数:
private:
//成员变量:
Container _con;
};
}
📌实现push()函数
queue的push()就是在容器尾部插入一个元素,因为底层的deque或list都实现有尾插函数push_back(),所以我们直接调用就可以,代码如下:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
📌实现pop()函数
queue的pop()函数就是在容器头部删除一个元素,同样deque和list有实现pop_front()函数,我们直接调用即可,代码如下:
void pop()
{
//这句可以适配vector,但是vector头删效率很低,我们还是不支持vector底层的queue了
//_con.erase(_con.begin());
_con.pop_front();//这句只有list有接口
}
📌实现front()函数
queue的front()函数就是获取容器头部的元素,deque和list都有实现front()函数,我们可以直接调用,代码如下:
T& front()
{
return _con.front();
}
📌实现back()函数
queue的back()函数就是获取容器尾部的元素,deque和list都有实现back()函数,我们可以直接调用,代码如下:
T& back()
{
return _con.back();
}
📌实现size()函数
queue()的size()函数同样可以直接调用底层容器的size()函数,代码如下:
size_t size()
{
return _con.size();
}
📌实现empty()函数
queue()的empty()函数同样可以直接调用底层容器的empty()函数,代码如下:
bool empty()
{
return _con.empty();
}
三.项目完整代码
因为模板定义和声明不能分离,所以我们将程序运行的代码分别在两个工程文件中编辑,完整代码如下:
📌test.cpp文件
#include<iostream>
#include<list>
#include<vector>
using namespace std;
#include"Queue.h"
int main()
{
mfc::test_queue();
return 0;
}
📌Queue.h文件
#pragma once
namespace mfc
{
//容器适配器
template<class T, class Container = list<T>>//队列底层是拿什么实现的(deque和liqu)
//模板也可以给缺省参数
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
//这句可以适配vector,但是vector头删效率很低,我们还是不这样用了
//_con.erase(_con.begin());
_con.pop_front();
}
T& front()
{
return _con.front();
}
T& back()
{
return _con.back();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
void test_queue()
{
queue<int> qu1;//不传参数默认是list底层
qu1.push(1);
qu1.push(2);
qu1.push(3);
qu1.push(4);
while (!qu1.empty())
{
cout << qu1.front() << " ";
qu1.pop();
}
cout << endl;
queue<int, deque<int>> qu2;
qu2.push(1);
qu2.push(2);
qu2.push(3);
qu2.push(4);
while (!qu2.empty())
{
cout << qu2.front() << " ";
qu2.pop();
}
cout << endl;
}
}测试效果:
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结语
希望这篇queue的模拟实现详解能对大家有所帮助,欢迎大佬们留言或私信与我交流.
学海漫浩浩,我亦苦作舟!关注我,大家一起学习,一起进步!
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