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

#define true 1#define false 0#define MAX_QUEUE_SIZE 6typedef int datatype;typedef struct queue{ datatype sp_queue_array[MAX_QUEUE_SIZE]; int front; int rear;}cir_queue;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);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 );int queue_len(cir_queue q);void queue_traverse(cir_queue q, void(*visit)(cir_queue q));void visit(cir_queue s);#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){ if (q -> front == (q -> rear + 1) % MAX_QUEUE_SIZE) return false; 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){ if(q -> front == q -> rear) return false; *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){ if (q.front == q.rear) return false; *e = q.sp_queue_array[q.front]; return true;}int queue_len(cir_queue q){ 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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