数据结构 C/C++(实验三:队列)

1 9 J2024-11-07 18:07

（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。

  1. 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）

cpp 复制代码 
#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）

cpp 复制代码 
#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 100

typedef 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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