利用C++搭建的循環順序隊列
在操作系統中的作業調度中有一個比較典型的調度策略，就是先來先服務的策略。當多個作業請求需要進行系統執行調用時，先提出服務請求的作業會被率先執行，後提出服務請求的會按照提出請求的順序“依次排隊”，等候後續的執行。其實這一排隊策略就可以藉助隊列來予以實現。
1.隊列的簡要概述
隊列一種限定存取位置的線性表，操作方式爲：在表的一段輸入，在表的另一端刪除與取出。允許插入的一段叫做隊尾(rear)，允許刪除和取出的一端叫做隊頭（frout）。具體的操作形式，如下圖所示：
這個操作是不是讓大家想到了去火車站買票的操作。隊列最大的特徵就是：先進先出FIFO（First In First Out）。
隊列的存儲方式有兩種:一種是基於數組的存儲方式，即順序隊列;另一種是基於鏈表的存儲方式。本文是利用C++搭建的順序隊列。
2.搭建思路
2.1隊列基本的操作—插入與刪除/讀取
隊列的插入與刪除代表了隊列的基本內容，也是隊列的核心內容。隊列的插入與刪除/讀取的操作如下圖示：
從圖中可以看出：
1.） 隊列剛建立時，首先需要進行初始化，令front=rear=0。當加入一個新元素，將元素添加到rear指向的位置，並讓rear加1上移，即指向下一元素應當指向的位置。當刪除/讀取隊內某一元素時，將front指向的位置上移即可。
2. ）如果front==rear，則表示該隊列爲空，如上圖所示的空隊以及C出隊（空隊）所示。
3. ）從上圖所示D入隊的rear=Maxsize時，表示隊列“已滿”，如果再加入新元素就會產生“溢出”。但是我們從圖上可以看出，在隊列前端還有一定的存儲空間。，那我們如何讓前端的空間合理的利用起來呢？問題的解答其實就是如何將數組的前端與後端連接起來，形成一個完整的環呢？前人很機智的想到了除法取餘運算：
隊頭指針進1：front=（front+1）%Maxsize；
隊尾指針進1：rear=（rear+1）%Maxsize；
取餘運算可以當進行元素的插入與刪除/讀取操作時，當指針加至Maxsize-1時，利用%運算可以直接前進到數組的0號位置，對隊內的存儲空間充分利用。
2.2隊列基本操作的討論
藉助2.1的基本操作，我們可以構建出一個循環隊列，那在進行基本操作過程中，還需要什麼值得注意的呢？
1.）循環隊列的刪除/讀取元素速度大於存入的速度，隊頭指針（front）快速追上隊尾指針（rear），即front=rear時，該隊列爲空隊列。
2.）循環隊列的存入速度大於刪除/讀取元素的速度，隊尾指針（rear）很快會追上隊頭指針（front），也會出現front=rear，但這樣就會出現與空隊列一樣的判斷條件，這樣就造成了隊空條件與隊滿條件的混淆。爲了區分這個判斷條件，我們這裏有2個辦法：
方法1：判斷條件變爲：（rear+1）%Maxsize==front。也就是，讓rear指到front的前一位置就認爲隊已滿。也因此在該判斷條件下，隊滿情形實際空出了一個元素位置，也就是在循環隊列中最多存放Maxsize-1個元素。（本文所提供的代碼就是採用的是該判斷方法）
方法2：附加一個標誌位FLAG，該標誌位記錄該隊列最近一次操作類型，如果最近執行的進隊操作，即插入操作時，FLAG=1。當執行的是出隊操作，即刪除/讀取操作時，FLAG=0。當出現front=rear時，判斷FLAG的值，即可判斷隊列已滿還是隊列爲空。（注：使用加標誌位的方法時，當隊列使用十分頻繁，無疑會增加程序運行時間，故該方式謹慎使用。）
3.代碼
下列代碼就是根據上述思路所搭建的，供大家參考。
#include<iostream>
using namespace std;
/************************隊列結構定義***************************/
template<typename Datatype> class Queue
{
public:
Queue(int size)
{
Maxsize = size; //初始化最大容量
//初始化隊首、隊尾、和元素數位0
Frout = 0;
Rear = 0;
count = 0;
Elements = new Datatype[size]; //分配空間
//如果空間分配失敗，則進行退出
if (Elements==NULL)
{
cout << "空間分配失敗"<< endl;
exit(1);
}
}
~Queue()
{
delete [] Elements;
}
//入隊操作
bool insert(Datatype data);
//出隊操作
Datatype delElement();
private:
int count; //隊列的個數
int Maxsize; //隊列的最大元素
int Frout; //隊首
int Rear; //隊尾
Datatype *Elements; //數據指針
};
/**************************入隊操作*************************/
template<typename Datatype>
bool Queue<Datatype>::insert(Datatype data)
{
if (((Rear+1)%Maxsize)==Frout) //判斷是否隊列已滿
{
cout << "當前隊列已滿" << endl;
return false;
}
Elements[Rear] = data; //將數據插入隊尾
Rear = (Rear + 1)%Maxsize;
count++; //元素數+1
}
/**************************出隊操作*************************/
template<typename Datatype>
Datatype Queue<Datatype>::delElement()
{
if (Rear== Frout) //判斷當前是否爲隊空
{
cout << "當前隊列爲空隊列" << endl;
exit(1);
}
Datatype Data = Elements[Frout]; //去除隊首元素
Frout = (Frout + 1)%Maxsize; //設置新的隊首位置，爲節省空間，採用取模法
count--; //隊內元素減1
return Data;
}
/**************************主函數*************************/
int main()
{
//輸入構建隊列的長度
cout << "輸入構建隊列的長度" << endl;
int Queue_Number;
cin >> Queue_Number;
Queue<int> queue(Queue_Number); //初始化循環隊列
for (int i = 0; i < (Queue_Number-1); i++)
{
queue.insert(i*10);
}
queue.insert(100);
cout << "******************構建的隊列依次取出爲******************" << endl;
for (int i = 0; i < (Queue_Number - 1); i++)
{
cout<<queue.delElement()<<" ";
}
cout << ""<<endl;
cout << "********************************************************" << endl;
cout << queue.delElement() << " ";
return 0;
}
上述程序我已經運行過了，我認爲沒有什麼問題。如果大家在參考的過程中，遇到什麼問題，也希望大家相互交流。
參考文獻：
1.數據結構——殷人昆。
2.妙趣橫生的算法——胡浩。