循环队列详解

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

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/* 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 #include #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: