循环队列——队列的顺序表示和实现
前面分析顺序队的时候,我们知道,顺序队存在”假溢出”的问题,这个问题有时会造成很大的内存浪费,循环队列就是为了解决这个问题而提出地一个很巧妙的办法.循环队列和顺序队列的主要区别在于:循环队列将顺序队列臆造成一个环状空间.在操作上这种异同体现在:
相同点:
在顺序队列和循环队列中,进行出队、入队操作时,队首、队尾指针都要加 1 ,朝前移动。
不同点:
1. 在循环队列中当队首、队尾指针指向向量上界(MAX_QUEUE_SIZE-1) 时,其加1 操作的结果是指向向量的下界 0 。而在顺序队列中,说明队已满,若此时采用的是动态顺序链,可以增加申请内存.若是采用静态顺序链,只能退出程序.
2. 顺序队列中q.front = q.rear 表示队空,q.rear = MAX_QUEUE_SIZE表示队满.而在循环队列中.front=q.rear表示队空,而无法用.rear=MAX_QUEUE_SIZE表示队满.
判断循环队列队满的两种方法(本文采用第二种方法):
1.另设一个标志位以区分队列是空还是满
2.少用一个元素空间,约定以”队列头指针在队列尾指针的下一位置上”,作为队列呈满状态的标志.
第二种方法的实现:
◆ rear 所指的单元始终为空。
◆ 循环队列为空: front=rear 。
◆ 循环队列满: (rear+1)%MAX_QUEUE_SIZE=front 。
循环队列操作及指针变化情况如下图所示:
循环队列虽然可以解决”假溢出”问题,但是它不能通过动态分配的一维数组来实现,所以在实现循环队列之前,一定要为它设定一个最大队列长度.如果无法预估所需的最大队列长度,只能采用来链表实现.
代码实现:
循环队列和顺序队列的头文件是一样的
/* 循环队列的接口定义头文件 */
#define true 1
#define false 0
/* 队的最大长度 */
#define MAX_QUEUE_SIZE 6
/* 队列的数据类型 */
typedef int datatype;
/* 静态链的数据结构 */
typedef struct queue{
datatype sp_queue_array[MAX_QUEUE_SIZE];
/* 队头 */
int front;
/* 队尾 */
int rear;
}cir_queue;
/* 静态顺序链的接口定义 */
/* 静态链的初始化 */
cir_queue queue_init();
/* 判断队列是否为空,若为空
* 返回true
* 否则返回false
*/
int queue_empty(cir_queue q);
/* 插入元素e为队q的队尾新元素
* 插入成功返回true
* 队满返回false
*/
int queue_en(cir_queue *q, datatype e);
/* 队头元素出队
* 用e返回出队元素,并返回true
* 若队空返回false
*/
int queue_de(cir_queue *q, datatype *e);
/* 清空队 */
void queue_clear(cir_queue *q);
/* 获得队头元素
* 队列非空,用e返回队头元素,并返回true
* 否则返回false
*/
int get_front(cir_queue, datatype *e );
/* 获得队长 */
int queue_len(cir_queue q);
/* 遍历队 */
void queue_traverse(cir_queue q, void(*visit)(cir_queue q));
void visit(cir_queue s);
/* 循环队列的接口实现文件 */
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include"cir_queue.h"
cir_queue queue_init()
{
cir_queue q;
q.front = q. rear = 0;
return q;
}
int queue_empty(cir_queue q)
{
return q.front == q.rear;
}
int queue_en(cir_queue *q, datatype e)
{
/* 判断队是否已满 */
if (q -> front == (q -> rear + 1) % MAX_QUEUE_SIZE)
return false;
/* 入队 */
q -> sp_queue_array[q -> rear] = e;
q -> rear = (q -> rear + 1) % MAX_QUEUE_SIZE;
return true;
}
int queue_de(cir_queue *q, datatype *e)
{
/* 判断队列是否为空 */
if(q -> front == q -> rear)
return false;
/* 用e返回队头元素 */
*e = q -> sp_queue_array[q -> front];
q -> front = (q -> front + 1 ) % MAX_QUEUE_SIZE;
return true;
}
void queue_clear(cir_queue *q)
{
q -> front = q -> rear = 0;
}
int get_front(cir_queue q, datatype *e)
{
/* 判断队列是否为空 */
if (q.front == q.rear)
return false;
*e = q.sp_queue_array[q.front];
return true;
}
int queue_len(cir_queue q)
{
/* 若front > rear */
if(q.front > q.rear)
return (q.rear + MAX_QUEUE_SIZE - q.front);
else
return (q.rear - q.front);
}
void queue_traverse(cir_queue q, void(*visit)(cir_queue q))
{
visit(q);
}
void visit(cir_queue q)
{
while(q.front != q.rear)
{
printf("%d ",q.sp_queue_array[q.front]);
q.front = (q.front + 1) % MAX_QUEUE_SIZE;
}
}
int main()
{
cir_queue q = queue_init();
queue_en(&q, 1);
queue_en(&q, 2);
queue_en(&q, 3);
queue_en(&q, 4);
queue_en(&q, 5);
printf("此时队长:length=%d\n", queue_len(q));
queue_traverse(q, visit);
printf("元素6再入队\n");
queue_en(&q, 6);
queue_traverse(q, visit);
datatype *x = (datatype *)malloc(sizeof(*x));
queue_de(&q,x);
printf("出队:%d,此时队长=%d\n", *x, queue_len(q));
printf("元素6再入队\n");
queue_en(&q, 6);
printf("length=%d\n", queue_len(q));
queue_traverse(q,visit);
datatype *e = (datatype *)malloc(sizeof(*e));
queue_de(&q,e);
printf("queue_de(),e=%d length=%d\n", *e, queue_len(q));
queue_traverse(q, visit);
queue_clear(&q);
queue_traverse(q, visit);
printf("length:%d\n", queue_len(q));
}
运行截图:
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