1. 栈和队列的数组实现

• 栈和队列的比较

  栈和队列都属于线性表，且在其上进行Insert和Delete操做所插入和移除的元素是预先设定的。在栈中，在一端插入，在同一端删除，位于该端点的元素称为栈顶元素；在队列中，在一端插入，在另外一端删除，位于两端点的元素分别称为队列尾和队列头。

  因此在栈的实现中，须要记录的变量是栈顶元素位置；而在队列的实现中，须要记录的变量有队列头和队列尾的位置。

• 用数组实现一个栈

  都须要记录哪些信息？栈顶元素下标index，以及数组自己的指针p、总长度MAX_SIZE。

  栈顶元素下标index与其对应的数组元素下标f(index)之间的映射关系是怎样的？随着栈的增加，栈顶元素下标依次为0,1,2...n-1，其中n表示栈的最大高度。咱们须要制定一种映射规则f，方便咱们经过index计算出f(index)。而最简单的规则就是f(index) = index。

#include<iostream>
template<typename Object>
class Stack
{
public:
    Stack()
    {
        init();
    }
    Stack(const Stack& rhs)
    {
        init();
        index = rhs.index;
        for(int i = 0; i != index + 1; ++i)
            p[i] = rhs.p[i];
    }

    Stack(Stack&& rhs):p(rhs.p),index(rhs.index)
    {
        rhs.p = nullptr;
        rhs.index = -1;
    }

    Stack& operator =(const Stack& rhs)
    {
        Stack copy(rhs);
        std::swap(p, copy.p);
        std::swap(index, copy.index);
        return *this;
    }

    Stack& operator =(Stack&& rhs)
    {
        std::swap(p, rhs.p);
        std::swap(index, rhs.index);
        return *this;
    }

    ~Stack()
    {
        if(p)
            delete[] p;
    }

    void push(const Object& object)
    {
        if(index == MAX_SIZE-1)
            std::cerr << "overflow" << std::endl;
        else
            p[++index] = object;
    }

    void push(Object&& object)
    {
        if(index == MAX_SIZE-1)
            std::cerr << "overflow" << std::endl;
        else
            p[++index] = std::move(object);
    }
    void pop()
    {
        if(empty())
            std::cerr << "underflow" << std::endl;
        else
            --index;
    }
    Object& top()
    {
        return p[index];
    }
    const Object& top() const
    {
        return p[index];
    }
    bool empty() const
    {
        return index == -1;
    }
private:
    static constexpr int MAX_SIZE = 4;
    Object* p;
    int     index;

    void init()
    {
        p = new Object[MAX_SIZE];
        index = -1;
    }
};

• 队列的数组实现

  须要保存哪些变量？ 队列头下标head、队列长度size（用来计算队列尾下标和判断上溢出、下溢出），数组p和总长度MAX_SIZE。

#include <iostream>
template<typename Object>
class Queue
{
public:
    Queue(){init();}
    Queue(const Queue& rhs)
    {
        init();
        head = rhs.head;
        size = rhs.size;
        for(int i = head, idx; i != head + size; ++i)
        {
            idx = index(i);
            p[idx] = rhs.p[idx];
        }
    }

    Queue(Queue&& rhs):head(rhs.head), size(rhs.size),p(rhs.p)
    {
        rhs.head = -1;
        rhs.size = 0;
        rhs.p = nullptr;
    }

    Queue& operator =(const Queue& rhs)
    {
        Queue copy(rhs);
        std::swap(head, copy.head);
        std::swap(size, copy.size);
        std::swap(p, copy.p);
        return *this;
    }

    Queue& operator =(Queue&& rhs)
    {
        std::swap(head, rhs.head);
        std::swap(size, rhs.size);
        std::swap(p, rhs.p);
        return *this;
    }

    ~Queue()
    {
        if(p)
            delete[] p;
    }

    void enqueue(const Object& object)
    {
        if(full())
        {
            std::cout << "overflow" << std::endl;
            return;
        }
        p[index(head + size++)] = object;
    }

    void enqueue(Object&& object)
    {
        if(full())
        {
            std::cout << "overflow" << std::endl;
            return;
        }
        p[index(head + size++)] = std::move(object);
    }

    Object tail()
    {
        if(empty())
        {
            std::cout << "underflow" << std::endl;
            return Object();
        }
        return p[index(head + size - 1)];
    }

    Object dequeue()
    {
        if(empty())
        {
            std::cout << "underflow" << std::endl;
            return Object{};
        }
        Object& object =  p[index(head)];
        head = index(head + 1);
        --size;
        return object;
    }

    bool empty() const{return size == 0;}
    bool full() const {return size == MAX_SIZE;}
    int getSize() const {return size;}
private:
    static constexpr int MAX_SIZE = 4;
    Object* p;
    int head;
    int size;

    void init()
    {
        p = new Object[MAX_SIZE];
        head = size = 0;
    }

    inline int index(int i)
    {
        if(i >= MAX_SIZE)
            i -= MAX_SIZE;
        return i;
    }
};

void testQueue()
{
    using namespace std;
    struct Student
    {
        char name[10];
        int  age;
    };
    Queue<Student> q;
    q.enqueue(Student{"Tom", 12});
    q.enqueue(Student{"Micheal", 13});
    q.enqueue(Student{"Anna", 14});
    q.enqueue(Student{"Lily", 10});
    q.enqueue(Student{"James", 19});
    q.enqueue(q.dequeue());
    q.enqueue(q.dequeue());
    q.enqueue(q.dequeue());
    q.enqueue(q.dequeue());
    while(!q.empty())
    {
        Student stu = q.dequeue();
        cout << "name:" << stu.name << " age:" << stu.age << endl;
    }
    /*output
    overflow
    name:Tom age:12
    name:Micheal age:13
    name:Anna age:14
    name:Lily age:10
    */
}