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C语言实现循环队列

忆想不到的晖

发布于 2020-07-15 04:02:51

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文章目录
顺序队列的假溢出
解决上溢的方法
引入循环队列
循环队列判空、判满冲突
循环队列常规操作
定义循环队列结构体
初始化循环队列
循环队列判满
循环队列判空
计算循环队列的长度
循环队列入队（EnQueue）
循环队列出队（DeQueue）
循环队列各操作测试
源代码

顺序队列的假溢出

1️⃣：初始化空队列，q -> front = q -> rear = 0

2️⃣：入队a1、a2、a3，q -> front = 0, q -> rear = 3

3️⃣：出队a1、a2，q -> front = 2, q -> rear = 3

4️⃣：入队a4、a5、a6，q -> front = 2, q -> rear = 6

执行 4️⃣ 操作后队列的"尾指针"已经超出对队列的最大范围了，之后无法再进行入队操作，而队列实际空间并未占满，就造成了假溢出。

解决上溢的方法

1、将队中元素依次向队头方向移动。

缺点:浪费时间。每移动一次，队中元素都要移动

2、将队列空间设想成一个循环的表，即分配给队列的 m 个存储单元可以循环使用，当 rear 为 MAXSIZE 时，若队列的开始端空着，又可从头使用空着的空间。当 front 为 MAXSIZE 时也是一样。

我们采用第2种方法

5️⃣：入队a7，q -> front = 2, q -> rear = 0

引入循环队列

base[0] 接在 base[MAXSIZE -1] 之后，若 rear + 1 == M，则令 rear = 0

实现方法： 利用 模(mod，C语言中： %)运算。

插入元素：

// 队尾入队
q -> base[q -> rear] = data;
// 更新队尾指针
q -> rear = (q -> rear + 1) % MAXSIZE;

删除元素：

// 队头元素出队
data = q -> base[q -> front];
// 更新队头指针
q -> front = (q -> front + 1) % MAXSIZE;

循环队列判空、判满冲突

解决方案：

1.另外设一个标致以区别队空、队满

2.另设一个变量，记录元素个数

3.少用一个元素空间

本文实现的方法就是第三种。

循环队列常规操作

/********************* 循环队列的常规操作 **************************/

Queue    InitQueue();             	// 初始化循环队列
int      QueueFull();               // 循环队列判满
int      QueueEmpty();              // 循环队列判空
int      QueueLength();             // 求循环队列长度(元素个数)
int      EnQueue();                 // 循环队列 入队
int      DeQueue();                 // 循环队列 出队

void     QueueStatus();             // 打印队满、队空、队长状态
/****************************************************************/

定义循环队列结构体

#include "stdio.h"
#include "malloc.h"

#define TRUE  1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 10

typedef int ElemType;


// 定义循环队列结构体
typedef struct Queue{

	int *base;	// 队列首地址
	int front;	// 队列头下标
	int rear;	// 队列尾下标

}*Queue;

初始化循环队列

/*
 * 初始化循环队列 
*/
Queue InitQueue(){
    Queue q;
    // 分配循环队列空间
    q -> base = (ElemType *)malloc(sizeof(ElemType) * MAXSIZE);
    q -> front = q -> rear = 0;
    return q;
}

循环队列判满

/*
 *  循环队列判满
 *  q 循环队列
*/
int QueueFull(Queue q){
    if(q == NULL){
        return FALSE;
    }
    return (q -> rear + 1) % MAXSIZE == q -> front;
}

循环队列判空

/*
 *  循环队列判空
 *  q 循环队列
*/
int QueueEmpty(Queue q){
    if(q == NULL){
        return FALSE;
    }
    return q -> front == q -> rear;
}

计算循环队列的长度

/*
 *  计算循环队列长度
 *  q 循环队列
*/
int QueueLength(Queue q){
    if(q == NULL){
        return FALSE;
    }
    return (q -> rear - q -> front + MAXSIZE) % MAXSIZE;
}

循环队列入队（EnQueue）

/*
 *  循环队列 入队
 *  q 循环队列
 *  data 入队元素
*/
int EnQueue(Queue q, ElemType data){
    if(QueueFull(q)){
        return FALSE;
    }
    // 队尾入队
    q -> base[q -> rear] = data;
    // 更新队尾指针
    q -> rear = (q -> rear + 1) % MAXSIZE;
    return TRUE;
}

循环队列出队（DeQueue）

/*
 *  循环队列 出队
 *  q 循环队列
 *  *val 用来存出队元素的数据 
*/
int DeQueue(Queue q, ElemType *val){
    if(QueueEmpty(q)){
        return FALSE;
    }
    // 队头元素出队
    *val = q -> base[q -> front];
    // 更新队头指针
    q -> front = (q -> front + 1) % MAXSIZE;
    return TRUE;
}

循环队列各操作测试

/*
 * 打印队满、队空、队长状态
 * q 循环队列
*/
void QueueStatus(Queue q){
    printf("QueueFull():%d\n", QueueFull(q));
    printf("QueueEmpty():%d\n", QueueEmpty(q));
    printf("QueueLength():%d\n\n", QueueLength(q));
}

// 程序主入口
int main(int argc, char const *argv[])
{   
    Queue q = InitQueue();
    printf("QueueMaxSize: %d\n\n", MAXSIZE);
    QueueStatus(q); // 打印队满、队空、队长状态

    // 入队
    printf("EnQueue():");
    for(int i = 1; i < MAXSIZE * 2; i+=2){
        printf("%d\t", i);
        EnQueue(q, i);
    }

    printf("\n");
    QueueStatus(q);

    // 出队
    int val;
    printf("DeQueue():");
    while(!QueueEmpty(q)){
        DeQueue(q, &val);
        printf("%d\t", val);
    }
    printf("\n");
    QueueStatus(q);

    // 测试循环队列是否会假溢出
    int num = 20;
    printf("EnQueue(%d): %d\t(0 Failed, 1 Success)\n", num, EnQueue(q, num));
    QueueStatus(q);
    return 0;
}

结果如下：

QueueMaxSize: 10

QueueFull():0
QueueEmpty():1
QueueLength():0

EnQueue():1     3       5       7       9       11      13      15      17      19
QueueFull():1
QueueEmpty():0
QueueLength():9

DeQueue():1     3       5       7       9       11      13      15      17
QueueFull():0
QueueEmpty():1
QueueLength():0

EnQueue(20): 1(0 Failed, 1 Success)
QueueFull():0
QueueEmpty():0
QueueLength():1