【C++重点】deque

C++ queue 容器介绍

queue 是 C++ 标准库中的一个容器适配器，它实现了先进先出（FIFO）数据结构。即，元素按照插入的顺序排队，首先插入的元素最先出队。queue 适用于需要排队处理任务的场景，比如消息队列、任务调度等。

1. queue 的基本特性

• 先进先出（FIFO）：queue 实现了先进先出的特性。第一个进入队列的元素将会第一个被移除。
• 容器适配器：queue 不是一个独立的容器类，而是基于其他容器（通常是 deque 或 list）进行实现的容器适配器。
• 操作简洁：queue 提供了常见的队列操作，比如入队（push()）、出队（pop()）和访问队头元素（front()）。

2. queue 的常见操作

2.1 构造与初始化

queue 默认使用 deque 容器作为底层实现，你也可以选择其他容器类型。

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    // 默认构造
    std::queue<int> q;

    // 初始化时加入元素
    std::queue<int> q2;
    q2.push(10);
    q2.push(20);
    q2.push(30);

    std::cout << "Queue initialized with elements: ";
    while (!q2.empty()) {
        std::cout << q2.front() << " ";
        q2.pop();
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

2.2 入队操作（push()）

你可以使用 push() 方法将元素加入队列的尾部。

std::queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);

2.3 出队操作（pop()）

pop() 方法移除队头元素，但并不会返回被移除的元素。如果你想访问出队的元素，需要先使用 front() 获取它。

std::queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);

// 移除队头元素
q.pop();
std::cout << "After pop, front element: " << q.front() << std::endl;  // 输出 2

2.4 访问队头元素（front()）

front() 返回队头元素的引用。

std::queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);

std::cout << "Front element: " << q.front() << std::endl;  // 输出 1

2.5 访问队尾元素（back()）

back() 返回队尾元素的引用。

std::queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);

std::cout << "Back element: " << q.back() << std::endl;  // 输出 3

2.6 检查队列是否为空（empty()）

empty() 方法检查队列是否为空，返回一个布尔值。

std::queue<int> q;
if (q.empty()) {
    std::cout << "Queue is empty." << std::endl;
} else {
    std::cout << "Queue is not empty." << std::endl;
}

2.7 获取队列大小（size()）

size() 方法返回队列中元素的数量。

std::queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);

std::cout << "Queue size: " << q.size() << std::endl;  // 输出 3

3. queue 的底层实现

queue 是一个容器适配器，默认情况下，它使用 deque（双端队列）作为底层容器。deque 提供了在两端高效插入和删除元素的能力，因此适合用于队列的实现。
可以通过显式指定底层容器类型来创建 queue。例如，使用 list 作为底层容器：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <list>

int main() {
    std::queue<int, std::list<int>> q;
    q.push(1);
    q.push(2);
    q.push(3);

    std::cout << "Front element: " << q.front() << std::endl;  // 输出 1
    return 0;
}

3.1 deque 和 list 作为底层容器的比较

• deque：允许在队列两端快速插入和删除元素，且可以直接访问任意元素。deque 的队头和队尾操作非常高效，适合用于实现队列。
• list：双向链表，虽然也能在两端进行高效的插入和删除操作，但不允许随机访问任何元素，因此性能上稍逊一筹。

4. queue 和 priority_queue 的区别

• queue：实现了先进先出的原则，适用于任务按顺序处理的场景。
• priority_queue：实现了优先级队列，可以根据优先级对元素进行排序。优先级队列中的元素不是按插入顺序处理，而是根据优先级处理。

4.1 priority_queue 示例

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    std::priority_queue<int> pq;
    pq.push(10);
    pq.push(5);
    pq.push(20);

    std::cout << "Top element in priority queue: " << pq.top() << std::endl;  // 输出 20
    pq.pop();
    std::cout << "Top element after pop: " << pq.top() << std::endl;  // 输出 10

    return 0;
}

需要优先处理元素时，可以考虑使用 priority_queue。

#include <queue>
#include <iostream>

int main() {
    std::queue<int> q;
    q.push(10);
    q.push(20);
    q.push(30);

    // 查看队列中的元素
    while (!q.empty()) {
        std::cout << q.front() << " ";
        q.pop();
    }

    return 0;
}