好的！既然你提到了 C++ 标准库中的容器适配器 <queue>，我将为你详细讲解它的用法，包括基本概念、特性、功能以及实用示例。<queue> 是 C++ STL 中的一种队列容器适配器，遵循“先进先出”（FIFO, First In First Out）的原则。它基于底层容器（如 <deque>）实现，提供简洁的队列操作接口。以下是完整的内容，适合学习和实践。

C++ 标准库：<queue>

<queue> 是一个模板类，封装了队列的行为。它的主要特点是：

  • FIFO 结构：元素按先进先出的顺序访问。
  • 适配器设计：基于底层容器（如 <deque>、<list>）实现。
  • 简单接口：仅提供队首和队尾操作。
  • 动态大小：大小随元素增减动态调整。

包含头文件

#include <queue>
#include <iostream> // 通常配合使用

定义格式

std::queue<类型, 底层容器> 变量名;
  • 类型：队列中元素的数据类型（如 int、double、std::string）。
  • 底层容器：可选，默认是 std::deque<T>，也可以指定为 std::list<T>（<vector> 不适用，因不支持 pop_front()）。

基本用法

1. 声明和初始化

#include <queue>
#include <iostream>

int main() {
    std::queue<int> q; // 默认使用 deque 作为底层容器
    q.push(1);         // 入队
    q.push(2);
    q.push(3);

    std::cout << "Front: " << q.front() << std::endl; // 输出：1
    return 0;
}
  • 不支持直接用初始化列表，需逐个 push。

2. 入队和出队

#include <queue>
#include <iostream>

int main() {
    std::queue<int> q;
    q.push(10); // 入队
    q.push(20);
    q.push(30);

    std::cout << "Front: " << q.front() << std::endl; // 输出：10
    q.pop(); // 出队
    std::cout << "After pop: " << q.front() << std::endl; // 输出：20
    return 0;
}
  • push()：O(1)，将元素加入队尾。
  • pop()：O(1)，移除队首元素（不返回）。

3. 访问队首和队尾

#include <queue>
#include <iostream>

int main() {
    std::queue<std::string> q;
    q.push("Apple");
    q.push("Banana");

    std::cout << "Front: " << q.front() << std::endl; // 输出：Apple
    std::cout << "Back: " << q.back() << std::endl;   // 输出：Banana
    return 0;
}
  • front()：O(1)，返回队首元素的引用。
  • back()：O(1)，返回队尾元素的引用。
  • 无随机访问，只能访问首尾。

4. 大小和状态

#include <queue>
#include <iostream>

int main() {
    std::queue<int> q;
    std::cout << "Empty? " << (q.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl; // 输出：Yes
    std::cout << "Size: " << q.size() << std::endl;                    // 输出：0

    q.push(1);
    q.push(2);
    std::cout << "Empty? " << (q.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl; // 输出：No
    std::cout << "Size: " << q.size() << std::endl;                    // 输出：2
    return 0;
}
  • empty()：O(1)，检查队列是否为空。
  • size()：O(1)，返回当前元素数。

5. 指定底层容器

#include <queue>
#include <list>
#include <iostream>

int main() {
    std::queue<int, std::list<int>> q; // 使用 list 作为底层容器
    q.push(10);
    q.push(20);
    q.push(30);

    std::cout << "Front: " << q.front() << std::endl; // 输出：10
    q.pop();
    std::cout << "New front: " << q.front() << std::endl; // 输出：20
    return 0;
}
  • 默认用 <deque>，也可改为 <list>。

与其他容器的对比

特性std::queuestd::dequestd::stack
数据结构队列（FIFO）双端队列栈（LIFO）
访问方式队首/队尾随机访问仅栈顶
插入/删除队尾入/队首出 O(1)首尾 O(1)，其他 O(n)仅顶部 O(1)
底层容器可选（默认 deque）自身可选（默认 deque）
迭代器不支持支持不支持

注意事项

  1. 接口限制：无迭代器，无法遍历所有元素，只能操作队首和队尾。
  2. 异常安全：front() 或 pop() 在空队列上调用是未定义行为，需先检查 empty()。
  3. 底层容器选择：
  • <deque>（默认）：首尾操作高效，随机访问支持。
  • <list>：插入/删除高效，但内存开销大，无随机访问。
  • <vector> 不适用（无 pop_front()）。
  1. 性能：依赖底层容器，默认 <deque> 提供最佳平衡。

实用示例：任务处理队列

以下是一个模拟任务处理队列的示例：

#include <queue>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::queue<std::string> tasks;
    tasks.push("Write code");
    tasks.push("Test app");
    tasks.push("Deploy");

    std::cout << "Processing tasks:\n";
    while (!tasks.empty()) {
        std::cout << "Processing: " << tasks.front() << "\n";
        tasks.pop();
    }
    std::cout << "All tasks completed.\n";
    return 0;
}

输出：

Processing tasks:
Processing: Write code
Processing: Test app
Processing: Deploy
All tasks completed.

小练习

以下是一个基于 <queue> 的练习题，你可以尝试：

问题：

写一个 C++ 程序：

  1. 定义一个 std::queue<int>。
  2. 依次入队 10、20、30、40。
  3. 输出队首和队尾元素。
  4. 出队两个元素。
  5. 输出剩余元素个数和队首元素。

参考答案（你可以先尝试）

#include <queue>
#include <iostream>

int main() {
    std::queue<int> q;

    // 入队
    q.push(10);
    q.push(20);
    q.push(30);
    q.push(40);

    // 输出队首和队尾
    std::cout << "Front: " << q.front() << std::endl; // 输出：10
    std::cout << "Back: " << q.back() << std::endl;   // 输出：40

    // 出队两个元素
    q.pop();
    q.pop();

    // 输出剩余元素个数和队首
    std::cout << "Size: " << q.size() << std::endl;    // 输出：2
    std::cout << "New front: " << q.front() << std::endl; // 输出：30

    return 0;
}

下一步

  • 如果你想试试这个练习，请写下你的代码，我会帮你检查。
  • 如果你想要更复杂的内容（如优先级队列 <priority_queue> 的介绍、自定义队列行为），或者设计 <queue> 的测验题，请告诉我！
  • 你也可以提出具体问题，如“如何用 <queue> 模拟银行排队？”或“<queue> 和 <deque> 的区别？”。

现在，你想做什么？试试练习，还是有其他需求？