队列全面解析(包含循环队列)
一、什么是队列
队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out)规则。
入队列：进行插入操作的一端称为队尾。
出队列：进行删除操作的一端称为队头。
如果使用数组实现，要同时实现首尾的操作，头部的操作无论是删除还是插入，效率都较低。
使用链表实现时，头部操作很方便，对于尾部操作，我们可以加一个尾指针rear，这样可以很方便的实现尾插和头删，因此可以将链表头作为队头，链表尾作为队尾。
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
struct QueueNode* next;
QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* front;
QNode* rear;
int size;
}Queue;用单链表作为队列的结点，队列中包含头尾指针便于头删尾插，和取出首尾元素，size便于返回队列中的元素总数。
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//队列的销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);
//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
//检查队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//检验队列中有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq);
//返回队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//返回队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);二、初始化
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->front = pq->rear = NULL;
pq->size = 0;
}分别对队列中的首尾指针、size进行初始化即可，因为有多个元素，因此最好封装成函数，若是单链表，只用一个指针指向，就不用将初始化封装了。
三、入队列
//队列结点的生成
QNode* BuyQnode(QDataType x)
{
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (NULL == newnode)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* tmp = BuyQnode(x);
if (NULL == tmp)
{
perror("BuyQnode fail");
return;
}
QNode* newnode = tmp;
if (NULL == pq->front)
{
pq->front = pq->rear = newnode;
}
else
{
pq->rear->next = newnode;
pq->rear = newnode;
}
pq->size++;
}先用BuyQnode得到新结点。
如果是第一次入队列，首尾指针front和rear都要改变。不是第一次的话，链接到rear后，然后更新rear的指向即可。最后不要忘了将size++
四、出队列
//检查队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->front == NULL;
}先进行判空操作。可以用front是否指向空判断，也可以用size是否等于0判断。
然后进行出队，即头删。
//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
//先判断队列不为空
assert(!QueueEmpty(pq));
if (pq->front == pq->rear)
{
//指向唯一一个结点
free(pq->front);
pq->front = pq->rear = NULL;
}
else
{
QNode* del = pq->front;
pq->front = pq->front->next;
free(del);;
}
pq->size--;
}有多个元素时，先用del保存要删除的位置，然后让front指向下一个元素，作为新的头，然后free掉del位置的元素，完成删除。
如果只有一个元素，删除后front指向空，但是rear尾指针仍然指向原来唯一的元素，此时为空指针，因此应该直接free掉这个，然后将front和rear都置为空。
删除完成后不要忘了size--
和栈相似，由于先进先出或者先进后出的顺序结构，栈和队列没法随机访问，得到任意位置的元素。需要利用循环，队列不为空时，取出队头元素，然后出队头Pop的元素，然后才能得到后面的数据。
五、拿元素
1、拿队头
2、拿队尾
首先要保证队列不为空，为空的话不能取出元素。
然后返回首尾指针指向结点中保存的数据即可。
六、元素数
直接返回size代表的元素个数即可。
七、销毁
用cur从头开始遍历整个队列，保存next，将cur置空后，再指向下一个即可。
八、循环队列
实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型
时可以就会使用循环队列。环形队列可以使用数组实现，也可以使用循环链表实现。
假设队列为空时，front和rear指向同一个位置，每次在rear位置尾插，然后rear+1，若总长度为k，插入k位置的元素后，rear又指向了front的位置，因此我们无法区分空队列和满队列。
因此在开始时，我们便多开一个位置，使得队列满时，有一个空的位置让rear指向，从而区分空/满
删除时让front指向下一个位置即可，front指向的是队头，rear指向的是队尾的后一个位置，因此取尾的数据是rear-1的位置。
有效数据的范围是front--rear-1，只要不为空，即front和rear指向位置不同时就可以删除。
同时入队的时候要保证队列不满。
在用数组模拟实现时，rear指向k位置时，arr[rear]=x;此时rear+1会越界，可以采用(rear+1)%(k+1),让rear回到0位置。判断是否队满时也要这样操作。
同时取尾元素时，要得到arr[rear-1]，如果此时rear为0，就会导致越界，要让它经过处理变为k位置。而其它情况下保持不变仍为rear-1，可用（rear+k）% （k+1）n=0时，得到k，n=k时得到k-1