本文实例讲述了C++循环队列实现模型。分享给大家供大家参考。具体分析如下：
前段时间在知乎上看到这样一个小题目：
用基本类型实现一队列，队列要求size是预先定义好的的。而且要求不可以使用语言自带的api，如C++的STL。普通的实现很简单，但是现在要求要尽可能的时间和空间复杂度的优化，要和语言自带的api比较时间和空间。这个队列还要支持如下的操作：
constructor: 初始化队列
enqueue:入队
dequeue:出队
队列是一种基本的数据结构，在平常的应用中十分广泛，多数情况队列都是用链表实现的。但是对于本题而言，用链表实现就有这样一个问题：由于每个结点都存在至少一个指向前一个结点或后一个结点的指针，这就带来了空间复杂度的加大，所以并不太适合要求。
这个时候我想到了boost中的boost::circular_buffer，它是通过类似于数组的底层结构实现的一个循环buffer。而数组的优点是空间复杂度够小(除去维持数据结构的索引项，空间复杂度为线性)，再实现成循环结构可以最大化的利用空间。而且在队列这样一种只在前后端插入删除的情况下，其push和pop的时间复杂度也只有O(1)。
基本实现如下：
#ifndef __CIRCULAR_QUEUE_H__ #define __CIRCULAR_QUEUE_H__#include <stddef.h>
template<typename T> class circular_queue { public: explicit circular_queue(size_t maxsize) : maxsize_(maxsize + 1), head_(0), rear_(0) { array_ = new T[maxsize_]; }
circular_queue(size_t maxsize, const T& val) : maxsize_(maxsize + 1), head_(0), rear_(0) { array_ = new T[maxsize_]; for (size_t i = 0; i != maxsize; ++i) { array_[i] = val; } rear_ = maxsize; }
circular_queue(const circular_queue& rhs) : maxsize_(rhs.maxsize_), head_(rhs.head_), rear_(rhs.rear_) { array_ = new T[maxsize_]; for (int i = 0; i != maxsize_; ++i) { array_[i] = rhs.array_[i]; } }
~circular_queue() { delete [] array_; }
circular_queue& operator=(const circular_queue& rhs) { if (this == &rhs) { return *this; } delete [] array_; maxsize_ = rhs.maxsize_; head_ = rhs.head_; rear_ = rhs.rear_; array_ = new T[maxsize_]; for (int i = 0; i != maxsize_; ++i) { array_[i] = rhs.array_[i]; } return *this; }
bool empty() const { return head_ == rear_; }
size_t size() const { return (rear_ - head_ + maxsize_) % maxsize_; }
T& front() { return array_[head_]; }
const T& front() const { return array_[head_]; }
void push(const T& val) { if ((rear_ + 1) % maxsize_ != head_) { array_[rear_] = val; rear_ = (rear_ + 1) % maxsize_; } }
void pop() { if (head_ != rear_) { head_ = (head_ + 1) % maxsize_; } }
private: size_t maxsize_; int head_; int rear_; T* array_; };
#endif
队列长度 = 数组长度 - 1
预留了一个单位的数组元素空间作为队尾标记。
这个只是简陋的实现，没有考虑到一些情况，比如线程安全、STL算法，函数对象的兼容等。代码只是简单的测试了一下，如有错误欢迎指正:)
总的来说，这种思路的循环队列有以下优点：
1、使用固定的内存，不需要隐式或意外的内存分配。
2、从前端或后端进行快速的常量时间的插入和删除元素。
3、快速的常量时间的对元素进行随机访问。(如果需要的话可以定义operator[])
4、适用于实时和对性能有严格要求的应用程序。
还可以进一步扩展，当队列满的时候，从一端插入则覆盖冲洗掉另一端的数据，这样的一个模型可以应用于这些场合：
保存最近接收到的取样数据，在新的取样数据到达时覆盖最旧的数据。
一种用于保存特定数量的最后插入元素的快速缓冲。
高效的固定容量FIFO(先进先出)或LIFO(后进先出)队列，当队列满时删除最旧的(即最早插入的)元素。
希望本文所述对大家的C++程序算法设计有所帮助。