队列（Queue）的学习资料

羊儿~

已于 2025-02-15 15:15:57 修改

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文章标签： c++ 数据结构

于 2025-02-15 15:02:27 首次发布

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练习题 2：队列的应用——广度优先搜索（BFS）

1.前言

队列（Queue）是计算机科学中一种非常重要的数据结构，广泛应用于各种场景，如任务调度、缓冲区管理、广度优先搜索（BFS）等。然而，在实际使用中，队列的实现和应用往往会遇到许多问题和挑战。本文将从队列的基本概念、实现方式、常见问题以及教训等方面进行详细探讨，帮助读者更好地理解和掌握队列。

2.队列的基本概念

1. 队列的定义

队列和栈一样，是一种线性数据结构，可是队列与栈不同的是，栈是后进先出（LIFO, Last In First Out），而队列是（FIFO, First In First Out）（有兴趣了解栈的读者可以看看这篇文章）。（栈（Stack）教学资料）它有两个主要操作：

入队（Enqueue）：将元素添加到队列的末尾。
出队（Dequeue）：从队列的头部移除元素。

2. 队列的特性

有序性：元素按照进入队列的顺序被处理。
操作限制：只能在队尾添加元素，在队头移除元素。
动态性：队列的大小可以动态变化。

3. 队列的常见应用场景

任务调度：操作系统中的任务队列。
缓冲区：网络数据包的缓冲区。
广度优先搜索（BFS）：图的遍历算法。
消息队列：分布式系统中的消息传递。

3、队列的实现方式

队列可以通过多种方式实现，常见的有：

基于数组的实现
基于链表的实现
循环队列

1. 基于数组的实现

数组实现的队列需要维护两个指针：front（队头）和 rear（队尾）。

优点：

实现简单。
内存连续，访问速度快。

缺点：

队列大小固定，容易发生溢出。
出队操作会导致数组空间的浪费（需要移动元素）。

代码：

class ArrayQueue {
private:
    int* arr;
    int front, rear, capacity;

public:
    ArrayQueue(int size) {
        capacity = size;
        arr = new int[capacity];
        front = rear = -1;
    }

    ~ArrayQueue() {
        delete[] arr;
    }

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

    bool isFull() {
        return (rear + 1) % capacity == front;
    }

    void enqueue(int value) {
        if (isFull()) {
            std::cerr << "Queue is full!" << std::endl;
            return;
        }
        if (isEmpty()) {
            front = rear = 0;
        } else {
            rear = (rear + 1) % capacity;
        }