「STL::queue」标准库适配器：queue（队列）介绍（C++）

Daking-

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分类专栏：「STL」「队列|栈|堆」文章标签： c++ 开发语言数据结构算法

于 2024-09-26 16:24:33 首次发布

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概述

queue 是一种C++标准模板库STL中定义的一种序列容器，它允许你在运行时动态地进行队列操作。

queue 可以自动管理内存，这意味着你可以添加任意多的元素在其中，并且你不需要手动分配和释放内存。

队列即是容器，也是适配器，它同时具有容器和适配器的特性：

动态大小：内存空间可以根据需要自动增长和缩小。

队列行为：栈总是执行先入先出原则。

元素容器：可以存储任何类型的元素，包括基本类型、对象、指针等。

关于队列的行为：

队列的显著特点是他的添加元素与删除元素操作：先加入的元素总是被先弹出。

一个队列应该应该是这样的：
          --------------QUEUE-------------
          ————     ————     ————     ————
pop() ←--  T1  ←--  T2  ←--  T3  ←--  T4  ←-- push()
          ————     ————     ————     ————     
          --------------------------------
         front()                     back()
Tn代表该元素被加入到队列的次序。

一个队列有以下四种基本行为：

front()表示对队列头元素的访问操作。如得到元素T1。

pop()表示对队列头元素的弹出操作。我们弹出T1
               ---------QUEUE---------
               ————     ————     ————
     pop() ←--  T2  ←--  T3  ←--  T4  ←-- push()
               ————     ————     ————     
               -----------------------
              front()           back()
现在T2成为队头元素。

back()表示对队列尾元素的访问操作。如当前会得到T4。

push()表示对队列尾部压入新元素。我们压入T5
          --------------QUEUE-------------
          ————     ————     ————     ————
pop() ←--  T2  ←--  T3  ←--  T4  ←--  T5  ←-- push()
          ————     ————     ————     ————     
          --------------------------------
         front()                     back()
现在T5成为尾元素。

接下来，我们介绍queue类型定义的成员函数。

*注意*:本文不涉及allocator空间配置器和C++23新增的range类函数。

创建销毁

STL库提供了以下方式创建一个queue。

以T表示任意类型。

无参构造	queue<T>que();	生成一个存储T类型的队列queue。
提供容器的构造	queue<T,list<T>>que(const list& lst); queue<T,deque<T>>que(const deque& deq);	从列出的两种容器中获得数据组成队列queue。
提供源数据地址的构造 (C++23)	queue<T>que(T* begin,T* end);	从定长数组（初末指针）或另一容器（初末迭代器）中获取数据进行构造。需要注意的是，迭代器指向的容器需是一个提供随机访问迭代器的容器。
拷贝构造	queue<T>que(const queue& another);	将another整体赋值给新queue。
移动构造	queue<T>que(queue&& another);	窃取另一个queue容器，即直接获取它维护的底层指针地址，再将它的指针置空。
析构函数	~queue();	无须手动调用。程序自动在代码块结束时调用，清理掉queue。

赋值重构

在必要时我们会对queue进行重新初始化。

重载拷贝赋值=	queue& (const queue& another);	作用同拷贝构造。不仅可以在初始构造时使用。返回自身。
重载移动赋值=	queue& (queue&& another);	作用同移动构造。不仅可以在初始构造时使用。返回自身。

数据访问

queue对访问权限要求严格，你只能访问队头和队尾。

访问队头元素	front();	返回队头元素。
访问队尾元素	back();	返回队尾元素。

内存管理

queue仅有两个内存相关函数。

获取实际长度	size();	返回queue中的元素个数。
判断是否为空	empty();	size==0时返回true，否则返回false。

数据控制

数据控制是queue的核心。

队尾压入	push(T elem);	在队尾压入元素。
队头弹出	pop_back();	弹出队头元素。
交换（C++11）	swap(queue& another);	交换两个容器的元素。
安置（C++11）	emplace(T elem);	C++11后可用，原地构造一个元素，作用与push()相同，但没有赋值过程而是原地生成新元素，所以效率更高。