数据结构 C/C++(实验三:队列)

（大家好，今天分享的是数据结构的相关知识，大家可以在评论区进行互动答疑哦~加油！💕）

目录

提要：实验题目

一、实验目的 

二、实验内容及要求

三、算法思想 

实验1

实验2

四、源程序及注释

实验1代码（循环队列）

实验2代码（链式队列） 

五、实验结果

 实验1结果

实验2结果 

提要：实验题目

1. 循环队列的基本操作的实现    

2. 链队列的基本操作的实现      

一、实验目的 

1.深入了解队列的定义和特性。

2.掌握队列的数组表示、链表表示以及相应操作的实现，巩固对这两种结构的构造方法的掌握。

3. 会灵活运用队列结构解决某些实际问题。

二、实验内容及要求

1. 循环队列的基本操作的实现（初始化、入队、出队、求队列长度、取队头元素、判断队空、队列的遍历、清空队列、销毁队列等），要求建立菜单进行操作选择。

2. 链队列的基本操作的实现（初始化、入队、出队、求队列长度、取队头元素、判断队空、队列的遍历、清空队列、销毁队列等），要求建立菜单进行操作选择。

3. 舞伴问题（参见教材相关描述）。

注：前两个题目必做，第3题选做。

三、算法思想 

实验1

（1.）初始化

分配一个固定大小的数组，并设置两个指针（前指针和后指针）来标识队列的头和尾。

（2.）入队

检查队列是否已满（即后指针的下一个位置等于前指针）。如果未满，将新元素放入后指针位置，并更新后指针（环形移动）。

（3.）出队

检查队列是否为空（即前指针等于后指针）。如果不为空，返回前指针位置的元素，并更新前指针（环形移动）。

（4.）求队列长度

通过计算后指针与前指针的差值来获取当前队列中的元素数量，考虑环形特性。

（5.）取队头元素

检查队列是否为空，若不为空，返回前指针指向的元素。

（6.）判断队空

直接比较前指针和后指针，如果相等，则队列为空。

（7.）队列的遍历

从前指针开始，循环访问数组，直到后指针为止，收集所有元素。

（8.）清空队列

重置前后指针，使其指向同一位置，从而清空队列。

（9.）销毁队列

在语言支持下，释放数组空间，清理相关数据结构。

（10.）舞伴问题

将参与者视为队列中的元素，通过入队和出队操作模拟舞伴选择和退出的过程，可以使用循环队列来管理参与者的动态状态。

实验2

(1.)初始化

创建一个空的链表，通常使用一个头指针（指向队列的第一个节点）和一个尾指针（指向队列的最后一个节点）。初始时，两者均为 `null`。

(2.)入队

创建一个新节点，将其数据存储在新节点中。如果队列为空（头指针为 `null`），则新节点成为头和尾；否则，将当前尾节点的 `next` 指向新节点，然后更新尾指针指向新节点。

(3.)出队

检查队列是否为空。如果不为空，保存头节点的数据，更新头指针为下一个节点（即头节点的 `next`），然后返回保存的数据。若出队后队列为空，则同时将尾指针设置为 `null`。

(4.)求队列长度

从头节点开始遍历链表，计数节点数量，直到链表结束（即指针为 `null`）。

(5.)取队头元素

检查队列是否为空，若不为空，直接返回头节点的数据。

(6.)判断队空

通过检查头指针是否为 `null` 来判断队列是否为空。

(7.)队列的遍历

从头指针开始，依次访问每个节点，直到遍历完整个链表，收集所有节点的数据。

(8.)清空队列

遍历链表，逐个删除每个节点，直至所有节点都被释放，最后将头指针和尾指针设置为 `null`。

(9.)销毁队列

在清空队列后，可以选择释放链表的头指针和尾指针的内存（如果适用），确保没有内存泄漏。

(10.)舞伴问题

将参与者视为链队列中的元素，利用链队列的动态特性来模拟舞伴的选择与退出过程，入队和出队操作分别代表参与者的加入与离开。

四、源程序及注释

实验1代码（循环队列）

#include<iostream>   //输入输出流头文件 
#include<fstream>    //文件操作头文件 
#include<string>     //字符串操作头文件 
#include<iomanip>   //输入输出操纵运算头文件 
#include<stack>  // 引入 STL stack 进行栈操作
#include<cctype> // 引入字符处理函数
using namespace std;//调用命名空间std中所有标识符//预定义常量及预定义类型
#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -2
#define MAXSIZE 100
typedef int QElemType;
typedef int Status;//Status 是函数返回值类型，其值是函数结果状态代码//表示部分：
//创建结构体
typedef struct {QElemType *base;int front;int rear;
} SqQueue;//实现部分：
//1.初始化
Status InitQueue(SqQueue &Q) {//构造一个空队列Q.base = new QElemType[MAXSIZE];if (!Q.base) {exit(OVERFLOW);}Q.front = Q.rear = 0;return OK;
}//2.循环队列入队
Status EnQueue(SqQueue &Q, QElemType e) {if ((Q.rear + 1) % MAXSIZE == Q.front) return ERROR;Q.base[Q.rear] = e;Q.rear = (Q.rear + 1) % MAXSIZE;return OK;
}//3.循环队列出队
Status DeQueue(SqQueue &Q, QElemType &e) {if (Q.front == Q.rear) {return ERROR;}e = Q.base[Q.front];Q.front = (Q.front + 1) % MAXSIZE;return OK;
}//4.求长度
Status QueueLength(SqQueue Q) {return (Q.rear - Q.front + MAXSIZE) % MAXSIZE;}//5.求队头元素
Status GetHead(SqQueue Q, QElemType &e) {if (Q.front == Q.rear) {return ERROR;}e = Q.base[Q.front];return OK;
}//6.循环队列的判空
Status QueueEmpty(SqQueue Q) {if (Q.front == Q.rear) {return OK;} else {return ERROR;}
}//7.遍历队列
void DisplayQueue(SqQueue Q) {int i = Q.front;printf("队列元素为： ");while (Q.front != Q.rear && (i + MAXSIZE) % MAXSIZE != Q.rear) {printf("%d ", Q.base[i]);i++;
}printf("\n");}//8.清空队列
Status ClearQueue(SqQueue &Q) {Q.front = Q.rear = 0;return OK;
}//9.销毁队列
Status DestroyQueue(SqQueue &Q) {if (Q.base) {delete Q.base;}Q.base = NULL;Q.front = Q.rear = 0;return OK;
}// 10. 舞伴问题
struct Person
{char sex;// 性别：'m' 或 'f'char name[20];// 姓名
};
struct Queue
{Person person[20];int front=0;int rear=0;int count=0;
};// 匹配函数：根据性别将人员匹配
void Match(Person* person, int num, Queue *Female, Queue *Male) {// 为人员数组动态分配内存person = new Person[num];// 为男队和女队队列分配内存Female = new Queue;Male = new Queue;// 初始化队列Male->front = Male->rear = Male->count = 0;Female->front = Female->rear = Female->count = 0;// 输入人员信息cout << "请输入" << num << "位人员的性别和姓名（例如：m John）：\n";for (int i = 0; i < num; i++) {cin >> person[i].sex; // 输入性别cin >> person[i].name; // 输入姓名}// 根据性别将人员加入相应的队列for (int i = 0; i < num; i++) {if (person[i].sex == 'm' || person[i].sex == 'M') {Male->person[Male->rear++] = person[i];Male->count++;}if (person[i].sex == 'f' || person[i].sex == 'F') {Female->person[Female->rear++] = person[i];Female->count++;}}// 开始匹配cout << "开始配对:\n";while (Male->count > 0 && Female->count > 0) {cout << "配对: " << Male->person[Male->front].sex << " " << Male->person[Male->front].name << "  和  "<< Female->person[Female->front].sex << " "<< Female->person[Female->front].name << endl;// 更新队列的前端索引和人数Male->front++;Female->front++;Male->count--;Female->count--;}// 检查是否还有未匹配的人员if (Male->count > 0) {cout << "下一轮等待：男队的 " << Male->person[Male->front].name << endl;}if (Female->count > 0) {cout << "下一轮等待：女队的 " << Female->person[Female->front].name << endl;}// 释放动态分配的内存delete[] person; // 释放人员数组的内存delete Male;     // 释放男队队列的内存delete Female;   // 释放女队队列的内存
}void showMenu() {cout << "****************************\n";cout << "****      1. 初始化     ****\n";cout << "****      2. 入队       ****\n";cout << "****      3. 出队       ****\n";cout << "****      4. 求队列长度 ****\n";cout << "****      5. 取队头元素 ****\n";cout << "****      6. 判断队空   ****\n";cout << "****      7. 队列的遍历 ****\n";cout << "****      8. 清空队列   ****\n";cout << "****      9. 销毁队列   ****\n";cout << "****      10. 舞伴问题  ****\n";cout << "****      0. 退出       ****\n";cout << "****************************\n";
}int main() {SqQueue Q;int e,n,num;int choose= -1;showMenu();while (choose != 0) {cout << "Please select（0-10）:";cin >> choose;switch (choose) {case 1://初始化InitQueue(Q);cout << "Init successfully：\n";break;case 2: // 循环队列入队cout << "Please input the elem (int): ";cin >> e;if (EnQueue(Q, e) == OK) {cout << "入队成功" << endl;} else {cout << "入队失败" << endl;}break;case 3://循环队列出队DeQueue(Q,e);cout << "出队元素为"<<e<<endl;break;case 4: //求长度cout << "队的长度: " << QueueLength(Q) << endl;	break;case 5: //求队头元素GetHead(Q,e);cout << e;break;case 6: //循环队列的判空cout << (QueueEmpty(Q) == true ? "队空" : "不空") << endl;break;case 7: //遍历队列DisplayQueue(Q);break;case 8: //清空队列ClearQueue(Q);cout << "队已清空" << endl;break;case 9: //销毁队列DestroyQueue(Q);cout << "队已销毁" << endl;break;case 10: // 舞伴问题cout << "请输入舞伴人数: ";cin >> num;Person* person = nullptr; // 定义人员数组Queue* female = nullptr;   // 定义女队队列Queue* male = nullptr;     // 定义男队队列Match(person, num, female, male); // 调用匹配函数break;}}return 0;
}

实验2代码（链式队列） 

#include<iostream>   //输入输出流头文件 
#include<fstream>    //文件操作头文件 
#include<string>     //字符串操作头文件 
#include<iomanip>   //输入输出操纵运算头文件 
#include<stack>  // 引入 STL stack 进行栈操作
#include<cctype> // 引入字符处理函数
using namespace std;//调用命名空间std中所有标识符//预定义常量及预定义类型
#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -1
#define MAXSIZE 100typedef int QElemtype;
typedef int Status;//创建结构体
typedef struct QNode {QElemtype data;struct QNode *next;
} QNode, *QueuePtr;typedef struct {QueuePtr front;QueuePtr rear;
} LinkQueue;//实现部分：
//1.链队列的初始化
Status InitQueue(LinkQueue &Q) {Q.front = Q.rear = (QueuePtr) malloc(sizeof(QNode));if (!Q.front) {exit(OVERFLOW);}Q.front->next = NULL;return OK;
}//2.链队列的入队 
Status EnQueue(LinkQueue &Q, QElemtype e) {QueuePtr p = (QueuePtr) malloc(sizeof(QNode));if (!p) {exit(OVERFLOW);}p->data = e;p->next = NULL;Q.rear->next = p;Q.rear = p;return OK;
}//3.链队列的出队
Status DeQueue(LinkQueue &Q, QElemtype &e) {if (Q.front == Q.rear) {return ERROR;}QueuePtr p = Q.front->next;e = p->data;Q.front->next = p->next;if (Q.rear == p) {Q.rear = Q.front;}delete p;return OK;}//4.求队列长度
Status QueueLength(LinkQueue Q) {int i = 0;while (Q.front != Q.rear) {i++;Q.front = Q.front->next;
}return i;
}//5.取链列的对头元素 
Status GetQueueHead(LinkQueue &Q, QElemtype &e) {if (Q.front == Q.rear) {return ERROR;}e = Q.front->next->data;return OK;
}//6.判断是否为空
Status QueueEmpty(LinkQueue &Q) {if (Q.front == Q.rear) {return true;} else {return false;}
}//7.遍历队列
Status QueueTraverse(LinkQueue Q) {QNode *p;if (Q.front == Q.rear) {return ERROR;}p = Q.front->next;//存储头元素printf("从队头依次读出该队列中的元素值为: ");while (p != NULL) {printf("%d ", p->data);p = p->next;}printf("\n");return OK;
}//8.清空
Status ClearQueue(LinkQueue &Q) {Q.rear = Q.front->next;while (Q.front->next) {Q.rear = Q.rear->next;delete (Q.front->next);Q.front->next = Q.rear;}Q.rear = Q.front;return OK;
}//9.队列的销毁
Status DestoryQueue(LinkQueue &Q) {while (Q.front) {Q.rear = Q.front->next;delete (Q.front);Q.front = Q.rear;}return OK;
}// 10. 舞伴问题
struct Person
{char sex;// 性别：'m' 或 'f'char name[20];// 姓名
};
struct Queue
{Person person[20];int front=0;int rear=0;int count=0;
};// 匹配函数：根据性别将人员匹配
void Match(Person* person, int num, Queue *Female, Queue *Male) {// 为人员数组动态分配内存person = new Person[num];// 为男队和女队队列分配内存Female = new Queue;Male = new Queue;// 初始化队列Male->front = Male->rear = Male->count = 0;Female->front = Female->rear = Female->count = 0;// 输入人员信息cout << "请输入" << num << "位人员的性别和姓名（例如：m John）：\n";for (int i = 0; i < num; i++) {cin >> person[i].sex; // 输入性别cin >> person[i].name; // 输入姓名}// 根据性别将人员加入相应的队列for (int i = 0; i < num; i++) {if (person[i].sex == 'm' || person[i].sex == 'M') {Male->person[Male->rear++] = person[i];Male->count++;}if (person[i].sex == 'f' || person[i].sex == 'F') {Female->person[Female->rear++] = person[i];Female->count++;}}// 开始匹配cout << "开始配对:\n";while (Male->count > 0 && Female->count > 0) {cout << "配对: " << Male->person[Male->front].sex << " " << Male->person[Male->front].name << "  和  "<< Female->person[Female->front].sex << " "<< Female->person[Female->front].name << endl;// 更新队列的前端索引和人数Male->front++;Female->front++;Male->count--;Female->count--;}// 检查是否还有未匹配的人员if (Male->count > 0) {cout << "下一轮等待：男队的 " << Male->person[Male->front].name << endl;}if (Female->count > 0) {cout << "下一轮等待：女队的 " << Female->person[Female->front].name << endl;}// 释放动态分配的内存delete[] person; // 释放人员数组的内存delete Male;     // 释放男队队列的内存delete Female;   // 释放女队队列的内存
}void showMenu() {cout << "****************************\n";cout << "****      1. 初始化     ****\n";cout << "****      2. 入队       ****\n";cout << "****      3. 出队       ****\n";cout << "****      4. 求队列长度 ****\n";cout << "****      5. 取队头元素 ****\n";cout << "****      6. 判断队空   ****\n";cout << "****      7. 队列的遍历 ****\n";cout << "****      8. 清空队列   ****\n";cout << "****      9. 销毁队列   ****\n";cout << "****      10. 舞伴问题  ****\n";cout << "****      0. 退出       ****\n";cout << "****************************\n";
}int main() {LinkQueue Q;int e,n,num;int choose= -1;showMenu();while (choose != 0) {cout << "Please select（0-10）:";cin >> choose;switch (choose) {case 1://初始化InitQueue(Q);cout << "Init successfully：\n";break;case 2: // 循环队列入队cout << "Please input the elem in (int): ";cin >> e;if (EnQueue(Q, e) == OK) {cout << "入队成功" << endl;} else {cout << "入队失败" << endl;}break;case 3://循环队列出队DeQueue(Q,e);cout << "出队元素为"<<e<<endl;break;case 4: //求长度cout << "队的长度: " << QueueLength(Q) << endl;	break;case 5: //求队头元素GetQueueHead(Q,e);cout << e;break;case 6: //循环队列的判空cout << (QueueEmpty(Q) == true ? "队空" : "不空") << endl;break;case 7: //遍历队列QueueTraverse(Q);break;case 8: //清空队列ClearQueue(Q);cout << "队已清空" << endl;break;case 9: //销毁队列DestoryQueue(Q);cout << "队已销毁" << endl;break;case 10: // 舞伴问题cout << "请输入舞伴人数: ";cin >> num;Person* person = nullptr; // 定义人员数组Queue* female = nullptr;   // 定义女队队列Queue* male = nullptr;     // 定义男队队列Match(person, num, female, male); // 调用匹配函数break;}}return 0;
}

五、实验结果

 实验1结果

实验2结果 

（今日分享暂时到此为止啦！为不断努力的自己鼓鼓掌吧🥳。今日文案分享：人生本就是一场马不停蹄的相遇和告别。）     

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