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C++有界队列：限制长度的数据存储结构

2023-07-13 17:21:12 深夜i -- --

C++ 有界队列限制长度数据存储结构数据结构

C++有界队列是一种常用的数据存储结构，它具有限制长度的特点，意味着只能存储一定数量的数据。这种队列非常有用，因为它可以很好地控制我们在程序中使用的内存，避免了过多内存的消耗。本文将详细介绍C++有界队列的特点和使用方法。

C++有界队列的定义

C++有界队列，也称为环形缓冲区，是一种环形数据存储结构，如图所示：

![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2151042/1643064117062-2de9ea04-08b0-4da5-b4d5-84c8f5fafcb9.png)

C++有界队列的长度可以通过调整数组大小来控制。当队列中元素的数量超过队列的容量时，队列的头部指针会向前移动，以便为新元素腾出空间。

C++有界队列的实现

C++有界队列可以用数组或链表来实现。我们这里介绍数组实现的有界队列。


template <typename T>
struct queue {
  int size, head, tail;
  T *data;
  queue()
    size = 0;
    head = 0;
    tail = 0;
    data = nullptr;
  
  queue(int s) {
    size = s;
    head = 0;
    tail = 0;
    data = new T[size];
  }
  ~queue() {
    delete [] data;
  }
  void enqueue(T x) {
    if ((tail + 1) % size == head) {
      std::cerr << "Queue is full!" << std::endl;
      return;
    }
    data[tail] = x;
    tail = (tail + 1) % size;
  }
  T dequeue() {
    if (head == tail) {
      std::cerr << "Queue is empty!" << std::endl;
      return T();
    }
    T x = data[head];
    head = (head + 1) % size;
    return x;
  }
};

这里使用的是循环队列的实现方式。通过维护队列头部指针head和队列尾部指针tail。当tail指针到达队列的末尾时，它将会自动回到队列的开头。如果队列满了，那么再次向队列中添加元素将会失败。同样地，如果队列为空，取出元素的操作将会失败。

C++有界队列的使用

现在，我们来看一下如何使用C++有界队列。在实际的应用中，有界队列可以被用来解决生产者-消费者问题。在这个问题中，生产者生产数据，消费者消费数据。队列作为生产者和消费者之间的缓冲区，可以协调两个线程之间的通信。


#include <iostream>
#include "queue.h"
int main() {
  queue<int> q(5);
  q.enqueue(1);
  q.enqueue(2);
  q.enqueue(3);
  std::cout << q.dequeue() << std::endl;
  std::cout << q.dequeue() << std::endl;
  q.enqueue(4);
  q.enqueue(5);
  q.enqueue(6);
  std::cout << q.dequeue() << std::endl;
  std::cout << q.dequeue() << std::endl;
  std::cout << q.dequeue() << std::endl;
  std::cout << q.dequeue() << std::endl;
  return 0;
}

在这个示例中，我们首先创建一个长度为5的有界队列，然后向队列中加入3个元素。接着，我们依次取出两个元素，然后再向队列中添加3个元素。最后，我们依次取出4个元素，最后一个操作将会失败。

通过这个示例，我们可以看到C++有界队列在过程控制中的重要性。无论是多线程还是单线程，通过使用队列的生产者-消费者模式，我们可以有效地控制程序的内存消耗。因此，在编写程序时，应该适当地使用有界队列来优化应用程序的性能和可靠性。

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