C++循环队列实现方法详解（从零开始掌握循环队列的C++编程技巧）

为什么需要循环队列？

在实际应用中，比如操作系统中的任务调度、缓冲区管理等场景，都需要高效利用内存空间。使用数据结构循环队列可以避免频繁申请和释放内存，提高程序性能。

C++循环队列的核心设计思路

• 使用固定大小的数组存储元素
• 维护两个指针：front（队头）和 rear（队尾）
• 通过取模运算（%）实现“循环”效果
• 区分队列满和队列空的状态（通常牺牲一个存储单元）

完整C++代码实现

下面是一个完整的循环队列C++代码示例，包含入队、出队、判空、判满等基本操作：

#include <iostream>#include <stdexcept>class CircularQueue {private:    int* data;          // 存储队列元素的数组    int capacity;       // 队列最大容量    int front;          // 队头指针    int rear;           // 队尾指针public:    explicit CircularQueue(int size) : capacity(size + 1), front(0), rear(0) {        data = new int[capacity];    }    ~CircularQueue() {        delete[] data;    }    // 判断队列是否为空    bool isEmpty() const {        return front == rear;    }    // 判断队列是否已满    bool isFull() const {        return (rear + 1) % capacity == front;    }    // 入队操作    void enqueue(int value) {        if (isFull()) {            throw std::overflow_error("Queue is full!");        }        data[rear] = value;        rear = (rear + 1) % capacity;    }    // 出队操作    int dequeue() {        if (isEmpty()) {            throw std::underflow_error("Queue is empty!");        }        int value = data[front];        front = (front + 1) % capacity;        return value;    }    // 获取队头元素（不删除）    int peek() const {        if (isEmpty()) {            throw std::underflow_error("Queue is empty!");        }        return data[front];    }    // 获取当前队列大小    int size() const {        return (rear - front + capacity) % capacity;    }};// 测试代码int main() {    CircularQueue q(5); // 创建容量为5的循环队列    // 入队测试    for (int i = 1; i <= 5; ++i) {        q.enqueue(i * 10);        std::cout << "Enqueued: " << i * 10 << std::endl;    }    std::cout << "\nCurrent size: " << q.size() << std::endl;    // 出队测试    while (!q.isEmpty()) {        std::cout << "Dequeued: " << q.dequeue() << std::endl;    }    return 0;}  

代码关键点解析

1. 容量设计：构造函数中传入的 size 实际创建的是 size+1 的数组，这是为了区分队满和队空状态。
2. 取模运算：`rear = (rear + 1) % capacity` 是实现“循环”的关键，当指针到达数组末尾时自动回到开头。
3. 异常处理：对非法操作（如队满时入队、队空时出队）抛出异常，提高程序健壮性。
4. 内存管理：使用动态分配的数组，并在析构函数中释放，避免内存泄漏。

常见应用场景

C++队列教程中提到的循环队列非常适合以下场景：

• 生产者-消费者模型中的缓冲区
• 打印机任务队列
• 滑动窗口算法
• 实时数据流处理

总结

通过本教程，你应该已经掌握了C++循环队列实现的基本方法。循环队列是数据结构中的重要概念，理解它不仅能帮助你解决实际编程问题，还能为学习更高级的数据结构打下基础。建议你动手敲一遍代码，加深理解！

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