学而时习之：C++中的标准模板库7

C++ STL 中的队列（Queue）

队列（queue）是一种容器适配器，以 FIFO（先进先出）的顺序存储元素。

先插入的元素必须先被移除。

实现方式是在数据结构的一端（称为 back ）插入元素，在另一端（称为 front）删除元素。

语法

队列在头文件 <queue> 中被定义为 std::queue 类模板。

queue<T> q;

其中：

• T：队列中元素的数据类型。
• q：给队列起的名字。

基本操作

以下是可对队列执行的基本操作：

1. 插入元素

新元素只能在队列尾部（back）通过 push() 函数插入。 该过程也称为"入队（enqueue）"。

插入时间复杂度：O(1)。

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main()
{
    queue<int> q;

    // 将元素入队
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(5);

    return 0;
}

2. 访问元素

队列中只有队首（front）和队尾（back）元素可以被访问，分别使用 front() 和 back() 函数。

访问时间复杂度：O(1)。

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main()
{
    queue<int> q;
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(5);

    // 访问队首和队尾元素
    cout << q.front() << endl;  // 输出队首
    cout << q.back();           // 输出队尾

    return 0;
}

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3. 删除元素

队列中只能从队首（front）通过 pop() 函数删除元素。 该过程也称为"出队（dequeue）"。

删除时间复杂度：O(1)。

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main()
{
    queue<int> q;
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(5);

    // 从队首删除一个元素
    q.pop();

    while (!q.empty())
    {
        cout << q.front() << " ";
        q.pop();
    }
    return 0;
}

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4. empty()

检查队列是否为空。 若队列中没有任何元素，返回 true；否则返回 false。

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main()
{
    queue<int> q;
    if (q.empty())
    {
        cout << "队列为空" << endl;
    }
    q.push(100);
    if (!q.empty())
    {
        cout << "队列不为空，队首元素: " << q.front() << endl;
    }
    return 0;
}

队列为空
队列不为空，队首元素: 100

5. 队列的大小size

size() 函数返回队列当前存储的元素个数。 该操作不会修改队列内容。

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main()
{
    queue<int> q;
    q.push(10);
    q.push(5);
    cout << "队列大小: " << q.size() << endl;
    q.pop();
    cout << "队列大小: " << q.size() << endl;
    return 0;
}

队列大小: 2
队列大小: 1

6.伪遍历

由于队列只能访问队首和队尾元素，无法直接对整个队列进行遍历。

变通方法是：创建一个队列的副本，不断访问并弹出副本的队首元素，直到副本为空，即可"遍历"原队列的所有元素。

遍历时间复杂度：O(n)。

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main()
{
    queue<int> q;
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(5);

    // 创建原队列的副本
    queue<int> temp(q);

    while (!temp.empty())
    {
        cout << temp.front() << " ";
        temp.pop();
    }
    return 0;
}

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C++ 中 Queue 所有成员函数

以下是 C++ std::queue 类的全部成员函数列表：

函数	说明
front()	访问队首元素。
back()	访问队尾元素。
empty()	检查队列是否为空。
size()	返回队列中元素个数。
push()	在队尾添加一个元素。
push_range()	在队尾一次性添加多个元素。
emplace()	在队尾原地构造一个元素。
pop()	删除队首元素。
swap()	交换两个队列的内容。