C++のSTLでキューを実装するプログラムの書き方と解説

キュー（Queue）とは

キューは、先入れ先出し（FIFO: First In First Out）の順序で要素に対する操作が行われる線形データ構造です。最初に挿入された要素が最初に取り出されるという特性を持ち、タスク管理やバッファ処理など、さまざまな場面で活用されています。

C++の標準テンプレートライブラリ（STL）には、キューを手軽に扱える std::queue コンテナアダプタが用意されています。これを利用すれば、データ構造を自前で実装することなく、効率的にキュー操作を行うことができます。

使用する主な関数

ここで使用する関数：
    q.size()  = キューのサイズ（要素数）を返します。
    q.push()  = キューの末尾に要素を挿入します。
    q.pop()   = キューの先頭から要素を取り除きます。
    q.front() = キューの先頭要素を返します。
    q.back()  = キューの末尾要素を返します。

サンプルコード

#include<iostream>
#include <queue>
#include <string>
#include <cstdlib>
using namespace std;
int main() {
    queue<int> q;
    int c, i;
    while (1) {
        cout<<"1.キューのサイズを表示"<<endl;
        cout<<"2.キューに要素を挿入"<<endl;
        cout<<"3.キューから要素を削除"<<endl;
        cout<<"4.キューの先頭要素を表示"<<endl;
        cout<<"5.キューの末尾要素を表示"<<endl;
        cout<<"6.終了"<<endl;
        cout<<"選択してください: ";
        cin>>c;
        switch(c) {
            case 1:
                cout<<"キューのサイズ: ";
                cout<<q.size()<<endl;
            break;
            case 2:
                cout<<"挿入する値を入力: ";
                cin>>i;
                q.push(i);
            break;
            case 3:
                i = q.front();
                q.pop();
                cout<<"要素 "<<i<<" を削除しました"<<endl;
            break;
            case 4:
                cout<<"キューの先頭要素: ";
                cout<<q.front()<<endl;
            break;
            case 5:
                cout<<"キューの末尾要素: ";
                cout<<q.back()<<endl;
            break;
            case 6:
                exit(1);
            break;
            default:
                cout<<"無効な選択です"<<endl;
        }
    }
    return 0;
}

実行結果

1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 1
キューのサイズ: 0
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 2
挿入する値を入力: 1
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 2
挿入する値を入力: 2
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 3
要素 1 を削除しました
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 2
挿入する値を入力: 4
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 2
挿入する値を入力: 7
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 2
挿入する値を入力: 6
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 4
キューの先頭要素: 2
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了

選択してください: 5
キューの末尾要素: 6
1.キューのサイズを表示
2.キューに要素を挿入
3.キューから要素を削除
4.キューの先頭要素を表示
5.キューの末尾要素を表示
6.終了
選択してください: 6
終了コード: 1

コードの解説

このプログラムは、メニュー方式のインターフェースを採用しており、ユーザーが選択した番号に応じてキューの各操作を switch 文で振り分けて実行します。

• size()：現在キューに格納されている要素数を取得します。
• push()：キューの末尾（back側）に新しい要素を追加します。
• pop()：キューの先頭（front側）の要素を削除します。戻り値を持たないため、削除前に front() で値を取得して表示しています。
• front()：先頭要素の値を参照します。実行結果から、最初に挿入した要素が先に削除されるFIFOの動作が確認できます。
• back()：末尾要素の値を参照します。最後に挿入した要素が返されることがわかります。

なお、空のキューに対して pop() や front() を呼び出すと未定義動作となるため、実用的なコードでは empty() 関数による空チェックを追加することが推奨されます。