栈和队列的C++实现

最新推荐文章于 2025-03-27 13:19:14 发布

Wanderer001

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分类专栏：算法理论与程序设计文章标签：计算机视觉深度学习机器学习

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本文探讨了栈和队列的基本概念，队列在BFS中的应用以及手动栈在递归中的作用。作者强调了在循环队列中避免使用取模运算以提高性能，并通过实验比较了几种不同的下标递增语句，建议使用条件语句来代替取模运算。文中提供了C++实现的栈、队列和循环队列的代码示例，并特别指出循环队列的元素个数应在0到maxn-1之间。

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线性表中，先进先出的叫队列，先进后出的叫栈。队列常用于BFS，而在函数递归层数过高时，需要手动实现递归过程，这时候便需要写一个“手动栈”。

有时候，我们会有大量数据频繁出入队列，但同时存在其内的元素却不多，此时需要写“循环队列”。其代码并不难，但里面下标递增的语句值得斟酌一下。

k=(k+1)%maxn;

这句话用到了取模运算%，是非常浪费时间的。若能避免使用%，则可以大大提高代码运行速度。我做了一个测试，把下面五种语句写法分别运行5×10^8次，在我的机器上用codeblocks10.05各运行5次，取平均数，时间如下所示：

i=(i==maxn-1)?0:(i+1);          // 用时1.582s
if(i==maxn-1) i=0; else ++i;    // 用时1.588s
++i; if(i==maxn) i=0;           // 用时1.605s
++i; i=(i==maxn)?0:i;           // 用时2.040s
i=(i+1)%maxn;                   // 用时4.538s

考虑到codeblocks本身的误差，我单单除去这条语句，将代码其余部分在codeblocks下的运行，依旧5次取平均，时间为：0.015s。

　　因此，算入误差可以发现，前两条语句最快，第三条也不错，第四条较慢，最后一条用了3倍的时间。故而我的代码中采用了第一行的写法，建议大家尽量采用前三行的写法。

下面给出代码：

 // 假设储存的信息类型是int
 
 // 栈
 class Stack
 {
     static const int maxn = 10000;
     int S[maxn],L;
 public:
     Stack(): L(0) {}
     void in(int x) { S[L++]=x; }
     int out() { return S[--L]; }
     int size() { return L; }
 };
 
 // 队列
 class Queue
 {
     static const int maxn = 10000;
     int Q[maxn],i,j;
 public:
     Queue(): i(0), j(0) {}
     void in(int x) { Q[j++]=x; }
     int out() { return Q[i++]; }
     int size() { return j-i; }
 };
 
 // 循环队列
 class CycleQueue
 {
     static const int maxn = 10000;
     int Q[maxn],i,j;
     void add(int &k) { k=(k==maxn-1)?0:(k+1); }
 public:
     CycleQueue(): i(0), j(0) {}
     void in(int x) { Q[j]=x; add(j); }
     int out() { int x=Q[i]; add(i); return x; }
     int size() { return (j>i)?(j-i):(j+maxn-i); } // 此处提醒，循环队列元素个数应在0~maxn-1之间，不可达到maxn
38 };