循环队列–C语言实现–数据结构

循环队列–C语言实现–数据结构

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目录

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（一） 要求

假设以数组sequ[m]存放循环队列的元素，同时设变量rear和quelen 分别指示循环队列中队尾元素的位置和内含元素的个数。编写实现该循环队列的入队和出队操作的算法。提示：队空的条件：sq->quelen==0；队满的条件：sq->quelen==m。

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（二） 循环队列

定义：为充分利用向量空间，克服”假溢出”现象的方法是：将向量空间想象为一个首尾相接的圆环，并称这种向量为循环向量。存储在其中的队列称为循环队列（Circular Queue）。这种循环队列可以以单链表的方式来在实际编程应用中来实现, 当然也可以利用顺序表来实现。顺序表就是我们熟悉的数组 eg. sun[] 。
回顾：我们再来回顾一下关于顺序队列的重要知识点。队列通常与栈对应，栈是一种后进先出的单端（尾端）处理的数据结构；那么与之对应的队列是一种先进先出的双端（头尾两端）的数据结构。队列的特点就是在一段进行入队（存储数据）操作，在另一端进行出队（删除数据）操作。
为什么设计循环队列：大家在处理队列的时候，会遇到如下情况。例如说：我们的队列空间能够容纳1000个元素。首先，格格入队1000个元素，队列上溢，此时为“真溢出”。那么现在我们进行出队操作，我们一直出队，一直出队， 知道1000个元素全部被删除，此时我们发现队列仍然处于“上溢”状态，why？ 其实原因很简单，在非循环队列当中，无论我们的front指（偏移）到哪里，只要我们的rear指（偏移）向上阙，那么队列就是“满溢”的。这就造成了空间明明还被占据着，但是队列却已经无用武之地的窘境。对于空间有限的计算机来说，这无疑是一种浪费。也不是一个优秀的程序猿想要看到的。所以在这种情况下，循环队列诞生了。循环队列当中的“满溢”只有一种情况，那就是所有数据空降都被占领了。而不会存在非循环队列当中的“假溢出”现象。

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我们所常见的顺序循环队列通常有两种数据结构。

结构一

typedef struct
{
    datatype sequ[m];
    //sequ[]为我们所建立的顺序表（sequence）
    int  front,rear;
    //front表示队列头的偏移量，rear表示队列的尾的偏移量
}qu;//qu是队列（queue）的缩写

结构二

typedef struct
{
    datatype sequ[m];
    //sequ[]为我们所建立的顺序表（sequence）
    int  rear, quelen;
    //rear表示队列的尾的偏移量，quelen表示的是队列中元素的个数
}qu;//qu是队列（queue）的缩写

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那通过观察这两种机构我们能够很容易的发现，数据结构并不是固定的。我们觉得那种算法比较更合理，我们觉得哪种数据结构方便我们设计算法，那么我们就建立哪种数据结构。在本文当中，我们采用第二种数据结构。显而易见的是，当我们采用第二种数据结构时，我们建立的一个队列指针（qu*sq）队空的条件：sq->quelen==0；队满的条件：sq->quelen==m。

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（三） 循环队列的算法设计

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在上面我们了解了循环队列的数据机构，但是仅仅学会了数据结构还远远不够。我们设计数据结构的目的是为了更好的存储数据，并利用数据。下面我们来看一看关于循环队列我们要掌握哪些最基本的算法（利用数据机构）。

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3.1 建立循环队列

//建立队
qu* creatqueue();//函数声明
qu* creatqueue()//函数实现
{
    qu *sq;
    sq=(qu*)malloc(sizeof(qu));
    return sq;  
}

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3.2 置空队列

//置空队
void setnull(qu*);//函数声明
void setnull(qu *sq)//函数实现
{
    sq->rear = m - 1;
    sq->quelen = 0;
}

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3.3 入队

//入队
void enqueue(qu*, datatype);//函数声明
void enqueue(qu*sq, datatype x)//函数实现
{
    if (sq->quelen == 5)
        printf("Errot! The queue will be overflow! \n");
    else if((sq->rear+1)==m)
    {
        sq->rear = (sq->rear + 1) % m;
        sq->sequ[sq->rear] = x;
        sq->quelen++;
        printf("过5入队成功!\n");
    }
    else
    {
        sq->rear++;
        sq->sequ[sq->rear] = x;
        sq->quelen++;
        printf("入队成功！\n");
    }
}

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3.4 出队

//出队
datatype *dequeue(qu*);//函数声明
datatype *dequeue(qu*sq)//函数实现
{
    datatype sun=0;
    if (sq->quelen == 0)
    {
        printf("Error! The queue will be under flow!\n");
        return 0;
    }
    else if ((sq->rear + 1) >= sq->quelen)
    {
        sq->quelen--;
        sun = sq->sequ[sq->rear - sq->quelen];
        return(&sun);
    }
    else    //  if(sq->rear < sq->quelen)
    {
        sq->quelen--;
        sun = sq->sequ[sq->rear - sq->quelen + m];
        return(&sun);
    }
}

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3.5 打印队

//打印队
void print(qu*);//函数声明
void print(qu*sq)//函数定义
{
    if (sq->quelen == 0)
        printf("Error! The queue is Null!\n");
    else if ((sq->rear + 1) >= sq->quelen)
    {
        int i = sq->rear + 1 - sq->quelen;
        for (i; i <= sq->rear; i++)
            printf("%d   ", sq->sequ[i]);
    }
    else
    {
        int t = sq->rear - sq->quelen + m +1;
        int time = 1;
        for (t; time <= (sq->quelen); time++)
        {
            printf("%d   ", sq->sequ[t]);
            t++;
            if (t == m)
            {
                t = 0;
                continue;
            }
            else
            {
                continue;
            }
        }
    }
    printf("\n");
}

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（四） 程序

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下面我们来设计一个程序测试我们的数据机构与算法

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4.1 程序的结构

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4.2 程序源码

注意：该程序由Microsoft Visual Studio Enterprise 2015编译器进行调试。受制于编译器品牌及版本不同等不可抗因素造成的编译失败，请自行调整。

#include
#include
#include
#define m 5

//循环队列的结构类型定义
typedef int datatype;
typedef struct
{
    datatype sequ[m];
    int  rear, quelen;
}qu;

//函数声明
qu* creatqueue();
void setnull(qu*);
void enqueue(qu*, datatype);
datatype *dequeue(qu*);
void print(qu*);

//主函数
void main()
{
    qu *sq= creatqueue();

    datatype x, *p;
    int key;

    setnull(sq);
    do
    {
        printf("1.Enter Queue   2.Delete Queue   3.clc display   4.print queue   -1.Quit:");
        scanf_s("%d", &key);
        switch (key)
        {
        case 1:  printf("Enter the Data:"); scanf_s("%d", &x);
            enqueue(sq, x);  break;
        case 2:  p = dequeue(sq);
            if (p != NULL) printf("%d\n", *p);
            break;
        case 3:system("cls"); break;
        case 4:print(sq); break;
        case -1: exit(0);
        }
    } while (1);
}

//建立队
qu* creatqueue()
{
    qu *sq;
    sq=(qu*)malloc(sizeof(qu));
    return sq;  
}
//置空队
void setnull(qu *sq)
{
    sq->rear = m - 1;
    sq->quelen = 0;
}

//入队
void enqueue(qu*sq, datatype x)
{
    if (sq->quelen == 5)
        printf("Errot! The queue will be overflow! \n");
    else if((sq->rear+1)==m)
    {
        sq->rear = (sq->rear + 1) % m;
        sq->sequ[sq->rear] = x;
        sq->quelen++;
        printf("过5入队成功!\n");
    }
    else
    {
        sq->rear++;
        sq->sequ[sq->rear] = x;
        sq->quelen++;
        printf("入队成功！\n");
    }
}


//出队
datatype *dequeue(qu*sq)
{
    datatype sun=0;
    if (sq->quelen == 0)
    {
        printf("Error! The queue will be under flow!\n");
        return 0;
    }
    else if ((sq->rear + 1) >= sq->quelen)
    {
        sq->quelen--;
        sun = sq->sequ[sq->rear - sq->quelen];
        return(&sun);
    }
    else    //  if(sq->rear < sq->quelen)
    {
        sq->quelen--;
        sun = sq->sequ[sq->rear - sq->quelen + m];
        return(&sun);
    }
}

//打印队列
void print(qu*sq)
{
    if (sq->quelen == 0)
        printf("Error! The queue is Null!\n");
    else if ((sq->rear + 1) >= sq->quelen)
    {
        int i = sq->rear + 1 - sq->quelen;
        for (i; i <= sq->rear; i++)
            printf("%d   ", sq->sequ[i]);
    }
    else
    {
        int t = sq->rear - sq->quelen + m +1;
        int time = 1;
        for (t; time <= (sq->quelen); time++)
        {
            printf("%d   ", sq->sequ[t]);
            t++;
            if (t == m)
            {
                t = 0;
                continue;
            }
            else
            {
                continue;
            }
        }
    }
    printf("\n");
}

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（五） 程序测试

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5.1 入队列

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5.2 出队列

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5.3 打印队列

前面已经用到了打印队列，所以格格不再赘述，大家由5.2&5.3可知打印队列是成功的。

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(六) 源程序及封装软件下载

下载地址

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格格是一枚智能专业的本科在校生，很愿意和各位大佬交流。如果大家有愿意交朋友的，可以加格格的QQ：446019725，声明是CSDN即可。

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