【C语言数据结构】循环队列_循环队列 c

目录

前言

一、循环队列

1.循环队列头文件及函数声明 

2.初始化

3.入队

4.获取队头元素 

5.出栈

 6.清空与销毁

1.清空

2.销毁

8.循环队列源文件及整体函数实现 

总结
 

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前言

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

循环队列，实际本身是一个顺序表，但是因为顺序表进行删除非尾部元素时，其的时间复杂度较大，所以我们将一个顺序表假想成一个环形，那么我们的插入和删除操作时间复杂度都是O(1)，使这种结构的资源消耗降低，如下图所示。

 同时我们存在队头和队尾指针(实际为数组下标值)，但是如果按照以往的习惯(front == tail),这种判断混淆了空队列和满队列，所以我们选择抛弃一个元素位，即以(tail  + 1 == front)来判断是否为满队列。

当然，也可对其添加计数来判断，这里不做过多赘述。

同时，这里要注意，由于将顺序表假想成环形，所以我们这里的顺序表失去了扩容的能力，实际为一个不定长顺序表。

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一、循环队列

1.循环队列头文件及函数声明 

我们可以新建头文件"queue.h"对顺序表函数声明进行保存，方便我们后期查看及使用

#pragma once
 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
 
#define INIT_SIZE 100
 
typedef int Element;
 
typedef struct Queue
{
	Element* base;
	int front;
	int tail;
}Queue, * PQueue;
 
//初始化
void Init_Queue(PQueue pq);
 
//入队
bool Push(PQueue pq, Element val);
 
//出队(如果出队成功，则返回出队的值)
bool Pop(PQueue pq, Element* rtval);
 
//获取队头元素值(如果成功，则返回队头值)
bool Top(PQueue pq, Element* rtval);
 
//获取有效值个数
int GetSize(PQueue pq);
 
//判空
bool IsEmpty(PQueue pq);
 
//判满
bool IsFull(PQueue pq);
 
//清空
void Clear(PQueue pq);
 
//销毁
void Destroy(PQueue pq);
 
//打印队列
void Show(PQueue pq);

2.初始化

我们需要一个循环队列的表头来帮助我们储存相关信息：

1.一个指向队列的指针；

2.队头和队尾下标指示；

那么我们可以定义如下的一个结构体：

 我们将队列的容量设置为100；

#define INIT_SIZE 100
 
typedef int Element;
 
typedef struct Queue
{
	Element* base;
	int front;
	int tail;
}Queue, * PQueue;

接着我们实现一个初始化函数来对以上内容进行初始化：

//初始化
void Init_Queue(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	pq->base = (Element*)calloc(INIT_SIZE, sizeof(Element));
	if (pq->base == NULL)
	{
		exit(1);
	}
	pq->front = pq->tail = 0;
}

  完成以上操作，我们就得到一个简单的空的队列，接下来可以对其进行相关操作。

3.入队

对数据进行入队，即是直接对队列中顺序表尾部进行插入操作，即是在tai位置进行插入。

//入队
bool Push(PQueue pq, Element val)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsFull(pq))
	{
		return false;
	}
	pq->base[pq->tail] = val;
	pq->tail = (pq->tail + 1) % INIT_SIZE;
	return true;
}

4.获取队头元素 

这里与出队基本相同，但是无需删除数据。

rtval是输出参数，帮助获取队头元素。

//获取队头元素值(如果成功，则返回队头值)
bool Top(PQueue pq, Element* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		return false;
	}
	*rtval = pq->base[pq->front];
	return true;
}

5.出栈

rtval是输出参数，帮助获取出队元素。

//出队(如果出队成功，则返回出队的值)
bool Pop(PQueue pq, Element* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		return false;
	}
	*rtval = pq->base[pq->front];
	pq->front = (pq->front + 1) % INIT_SIZE;
	return true;
}

 6.清空与销毁

1.清空

当队列中数据无需使用，我们可以对队列进行清空操作，实际即是将队头和队尾指针都置为0；

//清空
void Clear(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	pq->front = pq->tail = 0;
}

2.销毁

销毁相当于进行初始化相反的操作，将向计算机申请的内存释放，将容量置为0。

//销毁
void Destroy(PQueue pq)
{
	Clear(pq);
	free(pq->base);
	pq->base = NULL;
	pq = NULL;
}

8.循环队列源文件及整体函数实现 

源文件："queue.c"

 

#include "queue.h"
 
//初始化
void Init_Queue(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	pq->base = (Element*)calloc(INIT_SIZE, sizeof(Element));
	if (pq->base == NULL)
	{
		exit(1);
	}
	pq->front = pq->tail = 0;
}
 
//入队
bool Push(PQueue pq, Element val)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsFull(pq))
	{
		return false;
	}
	pq->base[pq->tail] = val;
	pq->tail = (pq->tail + 1) % INIT_SIZE;
	return true;
}
 
//出队(如果出队成功，则返回出队的值)
bool Pop(PQueue pq, Element* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		return false;
	}
	*rtval = pq->base[pq->front];
	pq->front = (pq->front + 1) % INIT_SIZE;
	return true;
}
 
//获取队头元素值(如果成功，则返回队头值)
bool Top(PQueue pq, Element* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		return false;
	}
	*rtval = pq->base[pq->front];
	return true;
}
 
//获取有效值个数
int GetSize(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	return (pq->tail - pq->front + INIT_SIZE) % INIT_SIZE;
}
 
//判空  队尾遇到队头
bool IsEmpty(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	return pq->front == pq->tail;
}
 
//判满  队尾进一步等于队头
bool IsFull(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	return (pq->tail + 1) % INIT_SIZE == pq->front;
}
 
//清空
void Clear(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	pq->front = pq->tail = 0;
}
 
//销毁
void Destroy(PQueue pq)
{
	Clear(pq);
	free(pq->base);
	pq->base = NULL;
	pq = NULL;
}
 
//打印队列
void Show(PQueue pq)
{
	assert(pq != NULL);
	for (int i = 0; i < GetSize(pq); i++)
	{
		printf("%d ", pq->base[(pq->front + i) % INIT_SIZE]);
	}
	printf("\n");
}

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总结

以上就是今天要讲解的内容，本文简单介绍了循环队列的代码实现。队列在后期处理特殊问题上具有特殊效果。