2.3.2. Ссылочная реализация очереди в динамической памяти
Ссылочная реализация очереди принципиально не отличается от ссылочной реализации стека, однако необходимость выполнять вставку и удаление на разных концах несколько усложняют детали. Во-первых, нужно хранить два дополнительных указателя — на хвост и голову очереди (обозначим их head и tail, как и в случае непрерывной реализации на массиве). Во-вторых, каждый элемент содержит указатель на следующий добавленный в очередь элемент, а не на предыдущий, как в стеке. Самый последний элемент очереди еще не имеет следующего элемента, поэтому содержит пустой указатель. Особенности ссылочной реализации очереди показаны на рисунке 2.5.
Рис.2.5. Представление очереди при помощи связного списка
Структура элемента очереди совпадает со структурой элементов стека с точностью до обозначений:
struct item //структура каждого элемента очереди
{ type_of_data data; // данные
item *next; // указатель на следующий элемент
};
Полное определение структуры queue приводить не будем, поскольку оно аналогично приведенной выше непрерывной реализации очереди (отсутствует только массив data). Можно самостоятельно определить структуру (или класс) очереди на основе шаблонов.
Интерес представляют операции добавления и удаления элементов, поскольку они выполняются немного иначе, чем аналогичные операции со стеком.
При добавлении элемента в хвост очереди достаточно (рис. 2.6):
захватить под него память, заполнить информационную часть данными, указателю присвоить пустое значение;
заполнить указующую часть элемента, бывшего последним (хвостом) в очереди — он теперь будет предпоследним и должен указывать на новый элемент;
присвоить указателю на хвост указатель на новый элемент — он теперь будет хвостом очереди.
Рис.2.6. Добавление элемента в очередь
В соответствии с данным алгоритмом функция добавления имеет вид:
void queue::enqueue (type_of_data x)
{ item *i=new item; i->data=x; i->next=NULL; //элемент создан
if (isnull())//добавление первого элемента в пустую очередь
{ head=tail=i;
}
else // добавление в непустую очередь
{ tail->next=i; //последний элемент стал предпоследним
tail=i; // обновили указатель на хвост
}
}
Удаление из головы очереди также выполняется просто — достаточно изменить указатель на голову и освободить память, которую занимал элемент, воспользовавшись буферной переменной (рис.2.7).
Рис.2.7.Удаление (извлечение) элемента из очереди
void queue::dequeue ()
{ if (isnull()) { cerr << "Очередь пуста"; exit(1); }
item *i=head->next;//запомнили указатель на второй элемент
delete head; head=i;//удалили голову и изменили указатель
}
Полную очистку всей очереди можно реализовать, например, так:
void queue::makenull()
{ while (!isnull()) dequeue(); // удаляем элементы по порядку
}
2.3.3. Ссылочная реализация очереди с помощью циклического списка
Использование циклического связного списка позволяет сэкономить на одном дополнительном указателе, и хранить только указатель на хвост очереди, поскольку указатель на голову уже содержится в указующей части хвоста очереди (рис.2.8).
Рис.2.8. Реализация очереди на основе циклического списка
В целом реализация мало отличается от реализации с помощью двух указателей, необходимо только аккуратно отследить момент, когда очередь становится пустой и присвоить указателю на хвост нулевое значение. Если в очереди только один элемент, то указатель на хвост указывает на него, а он указывает сам на себя.