【数据结构】3、模拟银行窗口排队叫号系统——C++

这里我们模拟一下银行排队叫号系统的实现：

假设一个银行有4个窗口对外接待客户。由于每个窗口在某一时刻只能接待一个客户，在客户众多的时候需要排队，对于刚进入银行的客户，如果某个窗口正空闲，
则可上前办理业务，如果所有窗口都不空闲则排在人数最少的窗口。
现在要求模拟银行的某一时间段内的4个窗口的客户排队情况。这里客户到达的时刻和办理业务的时间都是随机的。

首先我们银行发生事件，我们得有一个类表示事件对象

/*
*功能：这个实现的是我们事件的数据单元节点
*文件：Event.h
*时间：2015年7月8日20:55:32
*作者：cutter_point
*/

#ifndef EVENT_H
#define EVENT_H

class Event
{
	int OccurTime;	//事件发生的时刻
	int NType;		//事件类型，0表示到达事件，1到4表示四个窗口的离开事件
public:
	Event() //初始化，我们把事件发生的事件和事件类型都首先视为0
	{
		this->OccurTime = 0;
		this->NType = 0;
	}
	Event(int Occur,int type)
	{
		this->OccurTime = Occur;
		this->NType = type;
	}

	//重写=操作符，运算符的重载
	/*
	Event& operator=(const Event& event)
	{
		if (event == NULL)
		{
		}
	}
	*/

	//set和get方法
	void setOccurTime(int OccurTime) {	this->OccurTime = OccurTime; }
	int getOccurTime() { return this->OccurTime; }
	void setNType(int type) { this->NType = type; }
	int getNType() { return this->NType; }

};

#endif

/*
*功能：这个实现的是链表的功能
*文件：LinkList.h
*时间：2015年7月7日20:33:18,2015年7月8日20:01:31
*作者：cutter_point
*/

#ifndef LINKLIST_H
#define LINKLIST_H

#include "Event.h"
#include <stdio.h>

using namespace std;

//链表的一个节点
class Node
{
	Event event; //创建我们的数据元对象，包含一个事件发生时间和一个事件类型
	Node* next;
public:
	Node() { this->next = nullptr; }
	Node(Event e) { this->event = e; this->next = nullptr; }

	//set和get方法
	void setEvent(Event e) { this->event = e; }
	Event getEvent() { return this->event; }
	void setNext(Node* n) { this->next = n; }
	Node* getNext() { return this->next; }
};

//我们的链表
class LinkList
{
	Node* head;	//头指针
	Node* getTail();	//得到尾部指针
public:
	LinkList(){ this->head = new Node(); }
	void insert(Event e);	//给链表末尾添加一个元素
	Node* pop(); //删除最后一个节点
	bool listEmpty();	//判断是否是空链表
	Node* getHead();	//取得头指针
};

#endif

/*
*功能：这个实现的是链表的功能
*文件：LinkList.cpp
*时间：2015年7月7日20:33:18,2015年7月8日20:01:31,2015年7月9日20:42:11
*作者：cutter_point
*/

#include "LinkList.h"

#include <iostream>

using namespace std;

/*******************************************************Node****************************************************************************/


/*******************************************************LinkList****************************************************************************/
//void insert(Event e);	//给链表末尾添加一个元素
void LinkList::insert(Event e)
{
	//插入一个元素,首先我们判断链表中是否含有元素
	bool a;
	if (a = this->listEmpty())		//为true就是真
		this->head = new Node();
	//现在不管是否含有元素都有一个元素了，但是这个元素时空的，来作为头，接着我们把新的元素添加进去
	Node *p = this->head;	//用一个游标指针
	Node* val = new Node(e);
	//然后把新的val接到元素的末尾
	p = this->getTail();
	//现在p指向尾元素，我们把元素接到末尾
	p->setNext(val); //吧val设为尾部的元素
}

//Node* getHead();	//取得头指针
Node* LinkList::getHead()
{
	return this->head;
}

Node* LinkList::getTail()
{
	Node* p = this->head;
	while (p->getNext() != nullptr)
	{
		p = p->getNext(); //循环到最后一个节点
	}
	return p;
}

//Node* pop(); //删除最后一个节点
Node* LinkList::pop()
{
	//用一个游标指针
	Node* p = this->getHead();
	Node* q = this->getHead();
	//首先判断是否还有元素可以删除,这个的判断条件就是头指针后面那个是不是为空的
	if (p->getNext() == nullptr)
	{
		cout << "事件表为空" << endl;
		return nullptr;
	}
	//循环到最后一个和倒数第二个
	while (p->getNext() != nullptr)
	{
		q = p;		//得到上一个节点
		p = p->getNext();	//去下一个节点
	}
	//如果末尾不为空，说明还有元素，那么我们就删除掉最后一个,并返回最后一个
	q->setNext(nullptr); //吧倒数第二个设定为空，断开连接
	return p; //返回断开后的那个数据的指针
}

//bool listEmpty();	//判断是否是空链表
bool LinkList::listEmpty()
{
	//判断是否为空的标识就是头指针和尾指针是同一个节点，那么就代表为空
	if (this->getHead() == this->getTail())
	{
		//没有下一个节点
		return true;
	}
	return false; //头结点的下一个不为空
}

然后我们用一个队列对象，来表示银行窗口的队列：

/*
*功能：这个实现的是我们事件的队列
*文件：LinkQueue.h
*时间：2015年7月9日17:17:09
*作者：cutter_point
*/

#ifndef LINKQUEUE_H
#define LINKQUEUE_H

class QNode
{
	int arrivalTime;	//时间到达时间
	int duration;	//处理业务所需要的时间
	QNode* next;	//指向下一个节点
public:
	QNode()
	{
		this->arrivalTime = 0;
		this->duration = 0;
		this->next = nullptr;
	}

	QNode(QNode* e)
	{
		this->arrivalTime = e->arrivalTime;
		this->duration = e->duration;
		this->next = nullptr;
	}

	//set和get方法
	void setArrivalTime(int arrival) { this->arrivalTime = arrival; }
	int getArrivalTime() { return this->arrivalTime; }
	void setDuration(int dur) { this->duration = dur; }
	int getDuration() { return this->duration; }
	void setNext(QNode* n) { this->next = n; }
	QNode* getNext() { return this->next; }
};

class LinkQueue
{
	//QNode* base;	//初始化的动态分配存储空间
	QNode* front;	//队列的头
	QNode* rear;	//队列的尾
public:
	LinkQueue(); //初始化
	void enQueue(QNode* e); //插入数据
	QNode deQueue(); //删除一个数据
	bool queueEmpty();	//判断队列是否为空
	QNode getHead();	//获取队列的头元素
	int length();
	//set和get方法
	void setFront(QNode* qn) { this->front = qn; }
	QNode* getFront() { return this->front; }
	void setRear(QNode* qn) { this->rear = qn; }
	QNode* getRear() { return this->rear; }
};

#endif

/*
*功能：这个实现的是我们事件的队列
*文件：LinkQueue.h
*时间：2015年7月9日17:17:09,2015年7月10日15:18:58
*作者：cutter_point
*/

#include "LinkQueue.h"

//LinkQueue(); //初始化
LinkQueue::LinkQueue()
{
	//初始化队列的时候，队列是先进先出
	//首先我们创建一个新的空节点
	this->rear = this->front = new QNode();
	this->front->setNext(nullptr);	//初始化的时候只有一个节点，后面的设置为nullptr
}

//得到队列的长度
int LinkQueue::length()
{
	//由于第一个是空的，所以我们判断队列的长度就是尾部和首部的长度
	int length = 0;
	QNode* p = this->front;	//用一个游标当做指针，指向相应的位置
	while (p != this->rear)
	{
		p = p->getNext();
		++length;
	}
	return length;	//返回队列的长度
}

//void enQueue(QNode* e); //插入数据
void LinkQueue::enQueue(QNode* e)
{
	//吧原始e插入到队列中，由于我们的是链表，不用考虑队列会不会满的问题，如果是线性表，我们还要考虑队列是否满的问题，因为初始化的时候，线性表示一次性申请完全的
	this->rear->setNext(e);
	//然后重置尾节点
	this->rear = this->rear->getNext();
}

//QNode deQueue(); //删除一个数据,删除的是队首元素
QNode LinkQueue::deQueue()
{
	//这个就是出队列的动作
	QNode e;
	//设置两个游标
	QNode* p,* q;
	
	//我们首先得判断一下是不是只有一个节点，如果是只有一个有效节点，那么就得更新rear
	if (this->getFront()->getNext() == this->getRear())
	{
		this->setRear(this->getFront());	//设置到头结点上
	}
	//我们的操作就是把头后面的那个节点拿出来，抛出来
	p = this->getFront();
	q = p->getNext();
	//断裂头和第一个元素的指针，吧指针指向后面一个节点
	p->setNext(q->getNext());
	q->setNext(nullptr);
	//吧q这个节点的值赋值给e然后返回，并回收q的内存
	e.setArrivalTime(q->getArrivalTime());
	e.setDuration(q->getDuration());
	e.setNext(nullptr);
	delete q;
	return e;
}

//bool queueEmpty();	//判断队列是否为空
bool LinkQueue::queueEmpty()
{
	//判断是不是为空的理由就是头和尾是不是指向一个地方
	if (this->getFront() == this->getRear())
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

//QNode getHead();	//获取队列的第一个元素,这里只是返回第一个元素的拷贝元素
QNode LinkQueue::getHead()
{
	QNode e;
	e.setArrivalTime(this->getFront()->getNext()->getArrivalTime());
	e.setDuration(this->getFront()->getNext()->getDuration());
	e.setNext(nullptr);
	return e;
}

我们的主函数：

/*
*功能：假设一个银行有4个窗口对外接待客户。由于每个窗口在某一时刻只能接待一个客户，在客户众多的时候需要排队，对于刚进入银行的客户，如果某个窗口正空闲，
则可上前办理业务，如果所有窗口都不空闲则排在人数最少的窗口。
现在要求模拟银行的某一时间段内的4个窗口的客户排队情况。这里客户到达的时刻和办理业务的时间都是随机的。
**************************************************************************
****这里没有用到线程，其实更好的办法是使用线程，一个线程用来不断产生  ****
****事件（客户的到达）,一个线程不断的处理事件，客户的离开，只要银行不 ****
****关门，当事件表为空的时候我们就wait()一个线程，当队列中还有客户的  ****
****时候就吧线程notify，知道银行关门我们就interrupt线程，结束退出     ****
**************************************************************************
*文件：queue.cpp
*时间：2015年7月7日20:33:18,2015年7月9日20:02:20,2015年7月10日16:45:52,2015年7月12日15:16:41
*作者：cutter_point
*/

#include "Event.h"
#include "LinkList.h"
#include "LinkQueue.h"

#include <iostream>
#include <ctime>

using namespace std;

const static int COUNTER = 5;	//一共4个窗口
const static int MAX_TIME = 30;	//这个是最大的事务处理时间
const static int INTERVAL = 5;	//每五分钟内出现一个客户

LinkList ev;	//事件表
Event en;
LinkQueue* q[COUNTER];		//这个设定为指针数组，数组里面的每个元素是一个指向LinkQueue的指针
QNode customer;
int TotalTime,CustomerNum,closeTime = 50;

void open_for_day()
{
	cout << "************************************************************************" << endl;
	cout << "*****                         银行开门                             *****" << endl;
	cout << "*****                         银行开门                             *****" << endl;
	cout << "************************************************************************" << endl;
	//初始化所有的数据
	TotalTime = 0; CustomerNum = 0;
	en.setOccurTime(0); en.setNType(0);
	//初始化所有队列
	for (int i = 1; i < COUNTER; ++i)
	{
		q[i] = new LinkQueue();
	}
}//open_for_day()

//求得最短的队列
int min_queue(LinkQueue* q[COUNTER])
{
	int max = 0,usei = 1;
	for (int i = 1; i < COUNTER; ++i)
	{
		//循环遍历所有的队列选出最大的那个队列
		int testmax = q[i]->length();
		if (testmax > max)
		{
			max = testmax;
			usei = i;
		}
	}
	//循环完毕之后max是所有队列中最大的那个
	return usei;
}

void customer_arrived()
{
	cout << "======================一位客户到达======================" << endl;
	//处理客户到达事件，en.NType=0
	QNode *qe = new QNode();	//客户到达时间，处理业务所需要的时间，指向下一个对象
	int durtime,intertime;	//一个是处理业务所需要的时间，一个是下一个客户到达的所需时间

	++CustomerNum;	//人数++

	//参数两个随机数，代表处理业务需要的时间，下一个客户到达的时间
	durtime = rand() % (MAX_TIME + 1);	//这个额是[0 ~ MAX_TIME(30)]
	intertime = rand() % (INTERVAL + 1);	//这个是下一个客户进入银行要等待的时间[0~INTERVAL(5)]

	//如果银行没有关门，我们要产生下一个事件到达
	int t = en.getOccurTime() + intertime;
	if (t < closeTime)
	{
		//插入事件表下一个事件
		Event ei;
		ei.setOccurTime(t);
		ei.setNType(0);
		ev.insert(ei);
	}

	int i = min_queue(q);	//求得最短的队列，注意我们有1到4队列，没有0队列
	//吧事件插入到最短的队列中
	//首先我们的事件发生时间(事件到达时间)和执行时间
	qe->setArrivalTime(en.getOccurTime());
	qe->setDuration(durtime);	//时间的执行时间
	q[i]->enQueue(qe);	//吧qe插入到链表中

	//判断我们插入的队列是不是长度是1，如果是代表在插入之前这个窗口是空的，这个的作用
	//客户离开事件，是要首先计算该客户在银行逗留的时间，然后从队列中删除该客户之后查看队列是否为空，若不为空则设定一个新的对头客户离开事件
	en.setOccurTime(en.getOccurTime() + durtime);	//设置新的时间到达事件
	en.setNType(i);	//0代表新的客户到达，1是1号窗口客户离开，2是2号窗口客户离开，3是3号窗口客户离开，4是。。。,这里是客户到达事件，所以是0
	if (q[i]->length() == 1)
	{
		//吧第i个队列的离开事件插入事件表，等会用来计算窗口的客户总时间
		ev.insert(en);
	}

}//customer_arrived()

//处理客户离开事件，是要首先计算该客户在银行逗留的时间，然后从队列中删除该客户之后查看队列是否为空，若不为空则设定一个新的对头客户离开事件
void customer_departure()
{
	cout << "======================一位客户离开======================" << endl;
	//处理客户离开事件，就是Ntype > 0
	int i = en.getNType();	//得到事件的类型
	q[i]->deQueue();	//吧排头删除,表示排头客户离开
	TotalTime += en.getOccurTime() - customer.getArrivalTime();	//这个是客户逗留事件，不包含处理业务的时间，这个计算的也就是客户等待时间
	//如果走了这个客户，队列不是空，则设定一个新的排头客户
	if (q[i]->length() != 0)
	{
		Event e;
		customer = q[i]->getHead(); //得到排头的客户
		e.setOccurTime(en.getOccurTime() + customer.getDuration()); //客户开始办理业务时间+客户使用时间，也就是到了客户离开时间
		e.setNType(i);	//那个窗口的
		ev.insert(e);
	}
}

//这个函数用来产生一系列事件,我们首先产生20个事件
void create_event()
{
	for (int i = 1; i < 2; ++i)
	{
		customer_arrived();
	}
}

void bank_smiulation(int closeTime)
{
	open_for_day();	//银行开始业务
	create_event();	//产生事件
	while (!ev.listEmpty())	//只要事件表还没空
	{
		//Node* p = ev.getHead();	//从事件链表中弹出事件
		Node* p = ev.pop();
		en = p->getEvent();	//取出时间
		if (en.getNType() == 0)
		{
			//客户到达事件
			customer_arrived();
		}
		else
		{
			//客户离开
			customer_departure();
		}
	}//while

	//计算并输出平均逗留时间
	cout << "平均逗留时间是：" << (float)TotalTime/CustomerNum << endl;
}

int main()
{
	bank_smiulation(closeTime);
	//ev.getHead()->getEvent().getOccurTime();
	//cout << "hello world" << ev.getHead()->getEvent().getOccurTime()<<endl;

	return 0;
}

实现效果：

（编辑：李大同）

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