队列（Queue）：先进先出的数据结构队列

栈与队列https://blog.csdn.net/qq_45467165/article/details/127958960?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22127958960%22%2C%22source%22%3A%22qq_45467165%22%7D

队列（Queue）是一种常见的线性数据结构，它遵循先进先出（First-In-First-Out，FIFO）的原则，类似于现实生活中排队的场景。在队列中，首先进入队列的元素将首先被移出队列。队列在计算机科学中有着广泛的应用，例如任务调度、打印任务管理、广度优先搜索等。

队列的基本原理

队列的基本操作包括入队（Enqueue）和出队（Dequeue）。入队操作将元素添加到队列的尾部，而出队操作则从队列的头部移除元素。这保证了先进入队列的元素会先被移出，实现了先进先出的特性。

注意

假设我们有一个数组，数组的前部表示队头，后部表示队尾，

[队头, 元素1, 元素2, ..., 元素N, 队尾] 

在刚开始时，队列为空，队头和队尾都位于数组的同一个位置。随着元素的入队，队尾不断向后移动；随着元素的出队，队头不断向后移动。

当执行入队操作时，我们将元素添加到队列的末尾，即队尾位置向后移动一个位置，然后将元素放在新的队尾位置上。这保证了新的元素总是被添加到队列的末尾。

当执行出队操作时，我们将队头位置向后移动一个位置，表示当前队头元素被移出队列。这样，队头所指向的元素就被出队，而队列中的其他元素保持不变。

通过这种方式，队列的元素始终按照入队的先后顺序排列在数组中，队头和队尾不断向后移动，实现了先进先出的特性。

需要注意的是，当队列的元素数量达到队列的容量上限时，继续执行入队操作将导致队列溢出。因此，在实际应用中，需要合理设置队列的容量，以避免出现溢出的情况。

队列的表示方法

我们可以用字符图来表示队列的操作原理。假设我们有一个初始为空的队列：

初始状态：

队头        队尾
--------------
|            |
--------------

1. 将元素A入队：

队头        队尾
--------------
|     A      |
--------------

1. 将元素B入队：

队头        队尾
--------------
|     A      |
--------------
|     B      |
--------------

1. 将元素C入队：

队头        队尾
--------------
|     A      |
--------------
|     B      |
--------------
|     C      |
--------------

出队操作：

1. 执行出队操作：
    

   队头        队尾
   --------------
   |     B      |
   --------------
   |     C      |
   --------------
   

2. 再次执行出队操作：

队头        队尾
--------------
|     C      |
--------------

1. 执行出队操作后，队列为空：

队头        队尾
--------------
|            |
--------------

队列的应用

假设我们有一个打印队列，多个打印任务需要依次打印。新的打印任务总是加入到队列的末尾，而正在打印的任务从队列头部移除。这里用字符图来表示打印队列的过程：

初始状态：

队头              队尾
---------------------
|                   |
---------------------

打印任务A、B、C分别加入队列：

队头              队尾
---------------------
|     A     B     C |
---------------------

开始打印任务A：

队头              队尾
---------------------
|     B     C       |
---------------------

打印任务B完成，开始打印任务C：

队头              队尾
---------------------
|     C             |
---------------------

打印任务C完成，队列为空：

队头              队尾
---------------------
|                   |
---------------------

队列的代码实现

#include <iostream>
#include <queue>using namespace std;int main() {// 创建一个队列queue<int> q;// 入队操作q.push(1);q.push(2);q.push(3);// 出队操作q.pop();// 获取队头元素int front_element = q.front();cout << "队头元素：" << front_element << endl;// 获取队列大小int queue_size = q.size();cout << "队列大小：" << queue_size << endl;return 0;
}

以上代码使用了C++标准库中的queue容器来实现队列操作。通过入队（push）、出队（pop）、获取队头元素（front）和获取队列大小（size），我们可以方便地操作队列中的元素。

总结

队列作为一种基本的数据结构，在计算机科学中有着重要的应用。通过先进先出的原则，队列能够很好地模拟现实生活中的排队场景，并在各种算法和应用中发挥着重要作用。无论是任务调度、打印管理还是广度优先搜索，队列都是不可或缺的工具之一。