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队列的使用【C++】

news 2025/8/3 8:01:42

一、队列

在 C++ 中，队列（Queue）是一种先进先出（FIFO）的数据结构，即最早进入队列的元素将最先被移出。C++ 标准库提供了 std::queue，这是一个容器适配器，基于其他容器（如 std::deque 或 std::list）实现。此外，还有一种优先队列（Priority Queue），它允许元素按照优先级顺序出队。

1. `std::queue` 的使用

std::queue 是一个简单的 FIFO 队列，提供了基本的入队和出队操作。

包含头文件

#include <queue>

基本操作

入队（push）：将元素添加到队列的尾部。
出队（pop）：移除队列头部的元素。
访问队头（front）：获取队列头部的元素。
访问队尾（back）：获取队列尾部的元素。
检查队列是否为空（empty）：返回队列是否为空。
获取队列大小（size）：返回队列中的元素数量。

示例代码

#include <iostream>
#include <queue>int main() {std::queue<int> q;// 入队q.push(1);q.push(2);q.push(3);// 访问队头std::cout << "Front element: " << q.front() << std::endl; // 输出 1// 出队q.pop();// 访问新的队头std::cout << "Front element after pop: " << q.front() << std::endl; // 输出 2// 检查队列是否为空std::cout << "Is queue empty? " << (q.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl; // 输出 No// 获取队列大小std::cout << "Queue size: " << q.size() << std::endl; // 输出 2return 0;
}

二、优先队列

2. `std::priority_queue` 的使用

std::priority_queue 是一个优先队列，它允许元素按照优先级顺序出队。默认情况下，优先队列是一个最大堆，即优先级最高的元素（值最大）将最先出队。

包含头文件

#include <queue>

基本操作

入队（push）：将元素添加到优先队列中。
出队（pop）：移除优先级最高的元素。
访问优先级最高的元素（top）：获取优先级最高的元素。
检查队列是否为空（empty）：返回队列是否为空。
获取队列大小（size）：返回队列中的元素数量。

示例代码

#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
#include <functional> // 包含 std::greaterint main() {// 默认是最大堆std::priority_queue<int> maxHeap;// 入队maxHeap.push(1);maxHeap.push(3);maxHeap.push(2);// 访问优先级最高的元素std::cout << "Top element (max heap): " << maxHeap.top() << std::endl; // 输出 3// 出队maxHeap.pop();// 访问新的优先级最高的元素std::cout << "Top element after pop (max heap): " << maxHeap.top() << std::endl; // 输出 2// 创建一个最小堆std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> minHeap;// 入队minHeap.push(1);minHeap.push(3);minHeap.push(2);// 访问优先级最高的元素std::cout << "Top element (min heap): " << minHeap.top() << std::endl; // 输出 1// 出队minHeap.pop();// 访问新的优先级最高的元素std::cout << "Top element after pop (min heap): " << minHeap.top() << std::endl; // 输出 2return 0;
}

3. 自定义优先队列

如果需要自定义优先队列的行为，可以通过提供自定义的比较函数或比较对象来实现。

示例代码

#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
#include <functional> // 包含 std::greaterstruct Compare {bool operator()(const int& a, const int& b) {return a > b; // 定义为最小堆}
};int main() {// 使用自定义比较函数std::priority_queue<int, std::vector<int>, Compare> customHeap;// 入队customHeap.push(1);customHeap.push(3);customHeap.push(2);// 访问优先级最高的元素std::cout << "Top element (custom heap): " << customHeap.top() << std::endl; // 输出 1// 出队customHeap.pop();// 访问新的优先级最高的元素std::cout << "Top element after pop (custom heap): " << customHeap.top() << std::endl; // 输出 2return 0;
}

4. 总结

std::queue：一个简单的 FIFO 队列，适用于需要先进先出的场景。
std::priority_queue：一个优先队列，允许元素按照优先级顺序出队，默认是最大堆，但可以通过自定义比较函数或比较对象实现最小堆或其他行为。
自定义优先队列：通过提供自定义的比较函数或比较对象，可以实现特定的优先级规则。

三、`std::deque`（双端队列）

std::deque（双端队列）是 C++ 标准库中的一个序列容器，它允许在两端进行高效的插入和删除操作。std::deque 的名字来源于 “double-ended queue”，即双端队列。它结合了数组和链表的优点，提供了快速的随机访问和动态大小调整。

1. 基本特性

动态大小：std::deque 的大小可以动态变化，类似于 std::vector。
随机访问：支持通过索引快速访问元素，类似于数组。
两端操作：可以在队列的头部和尾部高效地插入和删除元素。

2. 基本操作

包含头文件

#include <deque>

创建和初始化

std::deque<int> dq; // 默认构造
std::deque<int> dq1 = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化列表
std::deque<int> dq2(5, 10); // 5 个元素，每个值为 10

插入操作

在尾部插入：push_back
在头部插入：push_front
在指定位置插入：insert

dq.push_back(6); // 尾部插入 6
dq.push_front(0); // 头部插入 0
dq.insert(dq.begin() + 2, 99); // 在索引 2 的位置插入 99

删除操作

从尾部删除：pop_back
从头部删除：pop_front
从指定位置删除：erase

dq.pop_back(); // 删除尾部元素
dq.pop_front(); // 删除头部元素
dq.erase(dq.begin() + 2); // 删除索引 2 的元素

访问元素

随机访问：通过下标操作符 [] 或 at 方法
头部元素：front
尾部元素：back

int first = dq.front(); // 访问头部元素
int last = dq.back(); // 访问尾部元素
int third = dq[2]; // 访问索引为 2 的元素
int third_safe = dq.at(2); // 安全地访问索引为 2 的元素，越界会抛出异常

其他操作

检查是否为空：empty
获取大小：size
清空：clear

if (dq.empty()) {std::cout << "Deque is empty" << std::endl;
}
std::cout << "Size of deque: " << dq.size() << std::endl;
dq.clear(); // 清空 deque

3. 示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示如何使用 std::deque：

#include <iostream>
#include <deque>int main() {std::deque<int> dq = {1, 2, 3, 4, 5};// 插入操作dq.push_back(6); // 尾部插入 6dq.push_front(0); // 头部插入 0dq.insert(dq.begin() + 2, 99); // 在索引 2 的位置插入 99// 遍历 dequefor (int value : dq) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;// 删除操作dq.pop_back(); // 删除尾部元素dq.pop_front(); // 删除头部元素dq.erase(dq.begin() + 2); // 删除索引 2 的元素// 再次遍历 dequefor (int value : dq) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;// 访问元素std::cout << "Front element: " << dq.front() << std::endl; // 输出头部元素std::cout << "Back element: " << dq.back() << std::endl; // 输出尾部元素std::cout << "Element at index 2: " << dq[2] << std::endl; // 输出索引为 2 的元素// 检查是否为空if (dq.empty()) {std::cout << "Deque is empty" << std::endl;} else {std::cout << "Deque is not empty" << std::endl;}// 清空 dequedq.clear();if (dq.empty()) {std::cout << "Deque is now empty" << std::endl;}return 0;
}