队列的实现（1）：循环队列的实现

队列是一种“先进先出的数据结构”，可分为静态队列和链式队列。静态队列一般使用数组实现，数组需要预先定义内存大小，为了避免内存浪费，一般使用循环队列。接下来讲述循环队列的原理以及实现代码。

循环队列数据结构定义：
int front;//指向队列头，指向第一个数据节点
int rear;//指向队列尾（并不是指向最后一个数据节点，而是最后一个数据节点后面的位置）
char data[];//节点数据，根据实际需要可以是不同的数据类型，但是因为是数组，需要在声明时指定大小

循环队列操作方法：

void circQue_Init(circQue_t* queue);`//初始化data数组的数据，front和rear设为0
void circQue_Deinit(circQue_t* queue);//销毁队列
bool isQueEmpty(circQue_t* queue);//检查队列是否为空，在获取队列最前面的数据前需要检查队列是否为空，判断依据是front是否和rear相等（不一定都是0）
bool isQueFull(circQue_t* queue);//检查队列是否已满，在往队列插入新的节点前需要检查队列是否已经满，判断依据是(rear+1)%dataLen == front，因为rear永远指向最后一个节点后面的位置，也就是说数组大小虽然是dataLen，但是实际最多只能存储dataLen-1个节点
bool circQue_add(circQue_t* queue, char newData);//往队列插入节点（即队列最后一个节点）
char circQue_remove(circQue_t* queue);//从队列移除节点（即队列第一个节点）
void printQueueData(circQue_t* queue);//打印队列数据

通常会比较疑惑的是，为什么rear不指向最后一个数据节点，而是指向最后一个节点后面的位置？
考虑这个情况：为什么我们要用(rear+1)%dataLen == front作为队列满的条件？因为如果使用rear==front作为判断条件，那么就和队列空的判断条件重复了，无法知道到底是满还是空。因此需要预留一个空间，当rear的后一个位置是front，说明队列已经满了。

还有一个容易犯的错误，循环队列的遍历。简单的数组或者单链表的遍历，都是从首位置开始，然后每次++，但是循环队列存在这样的情况：rear比front小，这个时候如果从front开始，每次自增1直到等于rear，条件将永远不成立。
举个例子，一个最多可存储5个元素的循环队列

插入三个节点，此时：
front为0，rear为3
将两个节点移除出队列，此时：
front为2，rear为3
插入三个节点，此时：
front为2，rear为1

可以看到，这就是循环队列的特点，rear的值已经比front小了

因此，采用下面的循环遍历队列：

for(int i = queue->front; i != queue->rear; i=(i+1)%MAX_NODE_NUM)

或

i = queue->front; while(i% MAX_NODE_NUM!= queue ->rear){…;i++}

以下是实现循环队列的源码：

#include 
#include 
#include 

#define MAX_NODE_NUM 10

using namespace std;

typedef struct circQueue{
    int front;
    int rear;
    char data[MAX_NODE_NUM];
}circQue_t; 

void circQue_Init(circQue_t* queue){        
    queue->front = 0;
    queue->rear = 0;
    memset(queue->data, 0, MAX_NODE_NUM);
}

void circQue_Deinit(circQue_t* queue){
    if(queue){
        cout << "will free queue,front is:" << queue->front <<",rear is:" << queue->rear << endl;
        free(queue);
    }
}

bool isQueEmpty(circQue_t* queue){
    return (queue->front == queue->rear);//when front equal rear means circular queque is empty
}

bool isQueFull(circQue_t* queue){
    return (((queue->rear + 1) % MAX_NODE_NUM == queue->front));//get the value of rear plus 1, then mod capacity of circular queue, queue is full if the result of mod is equal front  
}

bool circQue_add(circQue_t* queue, char newData){
    if(isQueFull(queue)){
        cout << "queue is full, add node failed!" << endl;  
        return false;   
    }
    queue->data[queue->rear] = newData;
    queue->rear = (queue->rear+1)%MAX_NODE_NUM;
    cout << "front is:" << queue->front << ",rear is:" << queue->rear << endl;
    return true;
}

char circQue_remove(circQue_t* queue){
    if(isQueEmpty(queue)){
        cout << "queue is empty, remove node failed!" << endl;  
        return 'x';         
    }
    char nodeValue = queue->data[queue->front];
    queue->front = (queue->front+1)%MAX_NODE_NUM;
    return  nodeValue;
}

void printQueueData(circQue_t* queue){
    for(int i = queue->front; i != queue->rear; i=(i+1)%MAX_NODE_NUM){
        cout << queue->data[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    circQue_t* que = (circQue_t*)malloc(sizeof(circQue_t));
    if(!que){
        cout << "malloc for circular queque failed!" << endl;
        return -1;  
    }   

    circQue_Init(que);

    circQue_add(que, 'a');
    circQue_add(que, 'b');
    circQue_add(que, 'c');
    printQueueData(que);
    circQue_remove( que);
    printQueueData(que);
}