[자료구조/정리] 큐(Queue)

[ Queue ]

선입선출의 자료구조.

먼저 들어간 데이터가 먼저 나오는 방식.

 

구현 방법 : 배열 기반, 리스트 기반

 

[ 전체 코드 ]

Queue.h

#pragma once

#include <assert.h>

template <typename T>
class CQueueNode
{
    template <typename T>
    friend class CQueue;
private:
    CQueueNode()  // 생성자.
    {
        m_pNext = nullptr;
    }
    ~CQueueNode()  // 소멸자.
    {
    }
private:
    T m_Data;
    CQueueNode<T>* m_pNext;
};

// 리스트 기반 구현.
template <typename T>
class CQueue
{
public:
    CQueue()  // 생성자.
    {
        m_pHead = nullptr;
        m_pTail = nullptr;
        m_iSize = 0;
    }
    ~CQueue()  // 소멸자.
    {
        clear();
    }
private:
    typedef CQueueNode<T> Node;
    typedef CQueueNode<T>* PNode;
private:
    PNode m_pHead;
    PNode m_pTail;
    int m_iSize;
public:
    // 추가. 
    void push(const T& data)
    {
        PNode pNode = new Node;  // 새로운 노드 생성,

        pNode->m_Data = data;  // 데이터 입력.

        if (m_iSize == 0)  // 노드가 없을 경우
            m_pHead = pNode;  // head로 지정.
        else  // 노드가 있을 경우 
            m_pTail->m_pNext = pNode;  // tail의 next로 지정,

        m_pTail = pNode; // tail을 바꿔줌.
        ++m_iSize;
    }

    // 처음 노드를 리턴.
    T front() const  
    {
        assert(m_iSize != 0);  // 노드가 없을 경우 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        return m_pHead->m_Data;
    }

    // 지우기.
    void pop()
    {
        assert(m_iSize != 0);  // 노드가 없을 경우 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        PNode pNext = m_pHead->m_pNext;  // head의 next를 저장.

        delete m_pHead;  // head를 지움.

        m_pHead = pNext;  // head를 전에 저장해놓은 head의 next로 바꿈.

        --m_iSize;

        if (m_iSize == 0)  // 노드가 없을 경우
            m_pTail = nullptr;  // tail을 null로 초기화.
    }

    // 모두 지움.
    void clear()
    {
        PNode pNode = m_pHead;  // head를 저장.

        while (pNode)  // head가 존재할 경우 계속 실행. 
        {
            PNode pNext = pNode->m_pNext;  // head의 next를 저장.

            delete pNode;  // head를 지움.

            pNode = pNext;  // 전에 저장해놓은 head의 next로 바꿈.
        }

        m_iSize = 0;  
    }

    // 크기.
    int size() const
    {
        return m_iSize;
    }

    // 비어있는지 확인.
    bool empty() const
    {
        return m_iSize == 0;
    }
};

// 배열 기반 구현.
// 비효율적임.
template <typename T, int SIZE = 100>
class CQueueArray
{
public:
    CQueueArray()  // 생성자.
    {
        m_iTail = 0;
        m_iHead = 0;
    }
    ~CQueueArray()  // 소멸자.
    {
    }
private:
    T m_Array[SIZE];
    int m_iTail;
    int m_iHead;
public:
    // 추가.
    void push(const T& data)
    {
        assert(m_iTail != SIZE);  // 꽉 찼을 경우, 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        m_Array[m_iTail] = data;
        ++m_iTail;
    }

    // 가장 앞에 있는 노드 리턴.
    T front() const
    {
        assert((m_iTail - m_iHead) != 0);  // 비어있을 경우, 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        return m_Array[m_iHead];
    }

    // 지움.
    void pop()
    {
        assert((m_iTail - m_iHead) != 0);  // 비어있을 경우, 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        ++m_iHead;
    }

    // 모두 지움.
    void clear()
    {
        m_iHead = 0;
        m_iTail = 0;
    }

    // 크기.
    int size() const
    {
        return m_iTail - m_iHead;
    }

    // 꽉 찼는지 확인.
    bool full() const
    {
        return m_iTail == SIZE;
    }

    // 비어있는 지 확인.
    bool empty() const
    {
        return m_iHead == m_iTail;
    }
};

// 원형 큐.
// 기본적으로 배열 기반의 큐.
// 배열 기반의 큐는 데이터를 넣는 것에 빠르다는 장점이 있지만, 공간이 한정적이라는 단점이 있음.
// 이 단점을 보완한 것이 원형 큐.
template <typename T, int SIZE = 100>
class CCircleQueue
{
public:
    CCircleQueue()  // 생성자.
    {
        m_iHead = 0;
        m_iTail = 0;
        m_iSize = 0;

        m_iCapacity = SIZE + 1;
    }
    ~CCircleQueue()  // 소멸자.
    {
    }
private:
    T m_Array[SIZE + 1];
    int m_iHead;
    int m_iTail;
    int m_iCapacity;
    int m_iSize;
public:
    // 추가.
    void push(const T& data)
    {
        assert(m_iSize != SIZE);  // 꽉 찼을 경우, 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        int iTail = (m_iTail + 1) % m_iCapacity;  // tail의 다음 인덱스 구함.
        // 예) 총 11개의 칸이 존재. 0 ~ 10번 인덱스까지 있음.
        //     10번 인덱스일 경우, (10 + 1) % 11 = 0
        //     0번 인덱스일 경우, (0 + 1) % 11 = 1

        m_Array[iTail] = data;  // 데이터를 넣음.
        m_iTail = iTail;  // tail 바꿔줌.

        ++m_iSize;
    }

    // 가장 앞에 있는 노드 리턴.
    T front() const
    {
        assert(m_iSize != 0);  // 비어 있을 경우, 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        int iHead = (m_iHead + 1) % m_iCapacity;  // head의 다음 인덱스 구함.

        return m_Array[iHead];  // head 리턴.
    }

    // 지우기.
    void pop()
    {
        assert(m_iSize != 0);  // 비어 있을 경우, 경고창을 띄우고 종료 시킴.

        m_iHead = (m_iHead + 1) % m_iCapacity;  // head의 다음 인덱스 구해서 기존 head를 교체함.
        --m_iSize;
    }

    // 모두 지움.
    void clear()
    {
        m_iHead = 0;
        m_iTail = 0;
        m_iSize = 0;
    }

    // 크기.
    int size() const
    {
        return m_iSize;
    }

    // 꽉 찼는 지  확인.
    bool full() const
    {
        return m_iSize == SIZE;
    }

    // 비어 있는지 확인.
    bool empty() const
    {
        return m_iSize == 0;
    }
};

main.cpp

#include <iostream>
#include "Queue.h"

int main()
{
    std::cout << "================= Queue - 리스트 기반 =================" << std::endl;
    CQueue<int> queue;

    for (int i = 0; i < 20; ++i)
    {
        queue.push(i);  // 0 1 2 3 ... 19
    }

    while (!queue.empty())
    {
        std::cout << queue.front() << " ";  // 제일 앞에 있는 데이터 출력 >> 0 1 2 3 ... 19

        queue.pop();  // 지움.
    }
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "================= Queue - 배열 기반 =================" << std::endl;
    CQueueArray<int, 300> queue1;

    for (int i = 0; i < 300; ++i)
    {
        queue1.push(i);  // 0 1 2 3 ... 299
    }

    while (!queue1.empty())
    {
        std::cout << queue1.front() << " ";  // 제일 앞에 있는 데이터 출력 >> 0 1 2 3 ... 299

        if ((queue1.front() + 1) % 10 == 0)
            std::cout << std::endl;

        queue1.pop();  // 지움.
    }

    std::cout << "================= CircleQueue(원형큐)  =================" << std::endl;
    CCircleQueue<int> CircleQueue;

    // 0 ~ 49까지 50개를 추가.
    for (int i = 0; i < 50; ++i)
    {
        CircleQueue.push(i);  // 0 1 2 3 ... 49
    }

    // 0 ~ 29까지 30개를 지움. 총 20개 남음.
    std::cout << "Pop 30" << std::endl;

    for (int i = 0; i < 30; ++i)
    {
        std::cout << CircleQueue.front() << " ";  // 제일 앞에 있는 데이터 출력 >> 0 1 2 3 ... 29  

        if ((CircleQueue.front() + 1) % 10 == 0)
            std::cout << std::endl;

        CircleQueue.pop();  // 지움.
    }
    std::cout << std::endl;

    // 0 ~ 69까지 70개를 추가. 
    for (int i = 0; i < 70; ++i)
    {
        CircleQueue.push(i);  // 0 2  3 ... 69
    }

    std::cout << "Pop All" << std::endl;

    while (!CircleQueue.empty())
    {
        std::cout << CircleQueue.front() << " ";  // 제일 앞에 있는 데이터 출력 >> 30 31 ... 49 0 1 2 .. 69  

        if ((CircleQueue.front() + 1) % 10 == 0)
            std::cout << std::endl;

        CircleQueue.pop();  // 지움.
    }

    return 0;
}

 

[ 결과 ]

================= Queue - 리스트 기반 =================
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
================= Queue - 배열 기반 =================
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69
70 71 72 73 74 75 76 77 78 79
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
100 101 102 103 104 105 106 107 108 109
110 111 112 113 114 115 116 117 118 119
120 121 122 123 124 125 126 127 128 129
130 131 132 133 134 135 136 137 138 139
140 141 142 143 144 145 146 147 148 149
150 151 152 153 154 155 156 157 158 159
160 161 162 163 164 165 166 167 168 169
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179
180 181 182 183 184 185 186 187 188 189
190 191 192 193 194 195 196 197 198 199
200 201 202 203 204 205 206 207 208 209
210 211 212 213 214 215 216 217 218 219
220 221 222 223 224 225 226 227 228 229
230 231 232 233 234 235 236 237 238 239
240 241 242 243 244 245 246 247 248 249
250 251 252 253 254 255 256 257 258 259
260 261 262 263 264 265 266 267 268 269
270 271 272 273 274 275 276 277 278 279
280 281 282 283 284 285 286 287 288 289
290 291 292 293 294 295 296 297 298 299
================= CircleQueue(원형큐)  =================
Pop 30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Pop All
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

 

[ 설명 ]