数据结构小记【Python/C++版】——队列篇

一，基础概念

队列是由同一种数据元素组成的线性表结构。使用单向队列时，插入元素在一端进行而删除元素在另一端进行。

插入元素的一端在队列尾部(rear)，删除元素的一端在队列头部(front)。新的数据元素不断从尾部进入队列，然后一直向前移动到头部。

队列与栈的结构相反，遵循的是先进先出(FIFO)原则。

队列结构在生活中的抽象模型有：售票口的排队队伍，打印机中一堆待打印的材料，它们都是先进先出的。

二，队列的图示结构

1.顺序队列，按照顺序结构进行存储，类似于数组

2.顺序队列的假溢出问题

对于顺序队列，不断的出队和入队操作，会让队列尾部的指针一直后移(rear=rear+1)，直到超出队列的内存空间，此时，队列的存储空间还没被占满。队列的存储元素还没占满整个空间，队列的指针却发生了溢出，此现象被称为假溢出。为了避免假溢出问题，开发者更多时候使用特殊的顺序队列——循环队列。

3.特殊的顺序队列——循环队列

4.链式队列，按照链式结构进行存储，类似于链表

分别将元素12，24，36添加到队列，效果如图所示

三，队列的常见操作

Queue：初始化，创建一个空队列

enqueue：入队，在队列尾部添加一个元素

dequeue：出队，从队列头部移除一个元素，并返回

isEmpty：检查队列是否为空

size：返回队列中元素的数目

四，代码实现

注意，循环队列底层采用的是数组结构，链式队列底层采用的是单链表结构，因此，循环队列需要初始化队列的大小，即数组大小，而链式队列不需要。

1.循环队列的代码实现

循环队列在内存结构上还是一个普通数组，但是从抽象理解上，我们应该把它看作是一个头尾相连的环，通过取模运算来移动下标。

取模运算让队尾和队头的下标一直都在数组的地址空间以内移动，不会发生溢出。

假设循环队列的大小设置为maxSize

a.队尾下标往前移动一个单位：

rear = (rear + 1) % maxSize

b.队头下标往前移动一个单位：

front = (front + 1) % maxSize

c.判断队列是否为空：

front == rear（队尾和队头在同一个起点）

d.判断队列是否已满：

(rear + 1) % maxSize == front（队尾继续往前移动一个单位就可以和队头汇合）

Demo1.初始化

初始化时，顺序队列和循环队列的代码表示方式是一样的。主要初始化数组的大小、队头和队尾的初始值。

Python代码实现：

class CircularQueue():
    def __init__(self, k):
        self.k = k
        self.queue = [None] * k
        self.head = -1
        self.tail = -1

C++代码实现：