C++ STL queue 的用法详解

<think>好的，我需要回答用户关于C++ STL queue的详细用法和示例的问题。首先，我得回顾一下用户之前提供的引用内容，确保信息的一致性。用户引用了三篇关于queue的文章，其中包含了示例代码和一些基本操作，比如push、pop、front、back、size、empty等。同时，用户之前的问题还涉及queue和priority_queue的区别，所以可能需要简要对比，但这次的重点是queue本身。 首先，我应该从基本定义开始，说明queue是什么，遵循FIFO原则。然后介绍头文件和初始化方法，确保用户知道如何引入和使用queue。接下来是核心操作，如入队、访问元素、出队、获取大小和判断空等，每个操作都需要对应的示例代码，可能直接引用用户提供的示例或者稍作调整。 用户提供的引用[1]和[2]中有示例代码，我需要整合这些代码，确保语法正确，并解释每个步骤的作用。例如，引用[1]中的代码展示了如何创建队列，添加元素，检查是否为空，获取大小，访问队首和队尾元素，以及遍历队列。需要注意用户提供的代码中可能存在拼写错误或输出错误，比如在引用[1]的代码里，最后的判断队列是否空的时候，输出的是“dui lie bu kongn”，这里可能存在中文拼写错误或者排版问题，可能需要调整或指出正确的输出。 然后，应用场景部分需要引用用户提到的广度优先搜索（BFS），如引用[3]所提到的，可以举一个简单的BFS例子，说明queue在此处的应用。同时，可能还需要提到其他常见场景，比如任务调度、缓冲处理等。 此外，用户可能还希望了解queue的底层实现，比如默认使用deque作为容器适配器，但也可以更换为list或其他符合要求的容器。这一点在引用[2]中提到了使用list初始化queue的例子，需要说明如何通过模板参数更换底层容器。 另外，需要注意用户之前的问题中提到的queue和priority_queue的区别，但本次问题集中在queue上，所以可能不需要深入对比，但可以简要提到queue的FIFO特性，而priority_queue则是按优先级。 最后，确保回答结构清晰，分点列出，每个部分都有对应的代码示例和解释，并参考用户提供的引用内容。同时，生成的相关问题要贴合主题，比如底层实现、应用场景、性能分析等。</think>### C++ STL `queue` 使用指南与示例详解 #### 一、基本定义与头文件 `queue` 是 C++ STL 中基于 **先进先出（FIFO）** 原则的容器适配器，需引入头文件 `<queue>`： ```cpp #include <queue> using namespace std; ``` #### 二、初始化与底层容器 默认使用 `deque` 作为底层容器，但可手动指定其他容器（如 `list`）： ```cpp queue<int> q1; // 默认使用 deque queue<int, list<int>> q2; // 使用 list 作为底层容器 ``` --- ### 三、核心操作与示例代码 #### 1. 元素入队：`push()` ```cpp queue<int> q; for (int i = 0; i < 5; i++) { q.push(i); // 插入元素 0,1,2,3,4 } ``` #### 2. 访问队首与队尾元素 - `front()`：获取队首元素（最早插入的元素） - `back()`：获取队尾元素（最后插入的元素） ```cpp cout << "队首元素: " << q.front() << endl; // 输出 0 cout << "队尾元素: " << q.back() << endl; // 输出 4 ``` #### 3. 元素出队：`pop()` ```cpp q.pop(); // 移除队首元素 0 cout << "新队首: " << q.front() << endl; // 输出 1 ``` #### 4. 队列状态检查 - `empty()`：判断队列是否为空 - `size()`：获取队列元素数量 ```cpp if (!q.empty()) { cout << "队列大小: " << q.size() << endl; // 输出 4 } ``` #### 5. 遍历队列 由于 `queue` **没有迭代器**，需通过循环依次弹出元素遍历： ```cpp while (!q.empty()) { cout << q.front() << " "; // 输出 1 2 3 4 q.pop(); } ``` --- ### 四、完整示例代码 结合用户提供的引用[1][^1]和引用[2][^2]，整合一个典型用例： ```cpp #include <iostream> #include <queue> using namespace std; int main() { queue<int> q; // 插入元素 for (int i = 0; i < 10; i++) { q.push(i); } // 检查队列状态 if (!q.empty()) { cout << "队列非空，当前大小: " << q.size() << endl; cout << "队尾元素: " << q.back() << endl; // 输出 9 } // 遍历并弹出元素 while (!q.empty()) { cout << q.front() << " "; q.pop(); } cout << endl; if (q.empty()) { cout << "队列已空" << endl; } return 0; } ``` **输出**： ``` 队列非空，当前大小: 10 队尾元素: 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 队列已空 ``` --- ### 五、典型应用场景 1. **广度优先搜索（BFS）** 用于层次遍历或无权图的最短路径搜索[^3]。例如二叉树层序遍历： ```cpp void BFS(TreeNode* root) { queue<TreeNode*> q; q.push(root); while (!q.empty()) { TreeNode* node = q.front(); q.pop(); if (node->left) q.push(node->left); if (node->right) q.push(node->right); cout << node->val << " "; } } ``` 2. **任务调度** 按顺序处理请求，如打印任务队列、消息队列等。 --- ### 六、性能与底层实现 - **时间复杂度**：`push()` 和 `pop()` 操作均为 $O(1)$，直接操作队首和队尾。 - **底层容器**：默认使用 `deque`（双端队列），支持高效的前端删除和后端插入[^2]。 --- ### 七、总结表格 | 操作 | 函数 | 时间复杂度 | 描述 | |--------------|------------|------------|---------------------------| | 插入元素 | `push()` | O(1) | 在队尾添加元素 | | 移除元素 | `pop()` | O(1) | 移除队首元素 | | 访问队首 | `front()` | O(1) | 返回最早插入的元素 | | 访问队尾 | `back()` | O(1) | 返回最后插入的元素 | | 队列大小 | `size()` | O(1) | 返回当前元素数量 | | 判空 | `empty()` | O(1) | 检查队列是否为空 | --- ### 相关问题 1. 如何用 `queue` 实现多线程任务调度？ 2. `deque` 和 `list` 作为 `queue` 的底层容器有何性能差异？ 3. 在 BFS 算法中，`queue` 如何避免重复访问节点？