队列(queue
)是一种常见的数据结构,它遵循先进先出(FIFO)的原则。队列可以理解为一个具有两个端点的线性数据结构,其中一个端点称为"队尾"(rear),用于插入新元素,另一个端点称为"队首"(front),用于移除元素。新元素被插入到队尾,而最早插入的元素总是在队首。
队列的特点如下:
队列常常用于需要按照先后顺序处理数据的场景,例如任务调度、消息传递、广度优先搜索等。
队列的基本操作包括:
队列可以通过不同的数据结构来实现,常见的实现方式包括使用数组或链表。
使用数组实现的队列称为顺序队列,而使用链表实现的队列称为链式队列。此外,还有循环队列,它使用数组实现,通过循环利用数组空间来提高效率。
顺序队列是一种使用数组实现的队列(array-based),它是队列的一种常见实现方式。顺序队列的特点是元素按照插入顺序排列,并且只能从队首移除元素,从队尾插入新元素,遵循先进先出(FIFO)的原则。
顺序队列的实现依赖于一个固定大小的数组,通过数组的索引来表示队列的头部和尾部。以下是顺序队列的一些关键操作:(假设队首、队尾索引都初始化为0,这样队首索引=队首元素索引;队尾索引等于队尾元素索引+1。理解意思即可)
为了解决空间利用率低的问题,还可以使用循环队列,它使用数组实现,并通过循环利用数组空间来提高效率。循环队列的实现方式使得插入和删除操作都能在常数时间内完成,而不需要移动元素位置。
循环队列(circular queue
)是一种基于数组实现的队列数据结构,它解决了普通队列在出队操作后浪费存储空间的问题。循环队列的特点是队尾和队头可以通过取模运算实现循环移动。
循环队列的主要特点和实现细节:
(rear + 1) % capacity = front
时,队列为满(capacity:数组大小)。rear = (rear + 1) % capacity
)。front = (front + 1) % capacity
)。循环队列的优点是能够更有效地利用存储空间,避免了数据迁移的开销。它适用于需要频繁进行入队和出队操作的场景,例如消息队列、任务调度等。
但是,循环队列的容量需要预先确定,并且一旦确定后就不能改变。在实现循环队列时,需要合理处理指针的移动和边界条件,确保队列操作的正确性。
优先级队列(priority queue
)是一种特殊的队列,其中每个元素都关联有一个优先级。元素的优先级决定了其在队列中的位置和顺序。优先级高的元素在队列中排在前面,而优先级低的元素排在后面。
相关概念和操作:
优先级队列常用于需要按照某种优先级顺序处理元素的场景。例如,任务调度器可以使用优先级队列来管理待执行的任务,确保高优先级任务优先执行。还可以在模拟系统中使用优先级队列来模拟事件的发生顺序。
在实现优先级队列时,可以使用各种数据结构,如链表、二叉搜索树或有序数组。这些数据结构提供了高效的插入、删除和查找操作,以满足优先级队列的需求。(本文使用数组实现)
在处理具有相同优先级的元素时,可以根据应用程序的需求使用先入先出(FIFO)规则或后入先出(LIFO)规则来确定元素的顺序。这决定了相同优先级的元素在队列中的相对位置。
链式队列是一种使用链表实现的队列数据结构。与数组队列相比,链式队列不需要预先指定固定大小,可以动态地添加和删除元素。
主要特点和实现细节:
链式队列的优点包括灵活性和动态大小,适用于处理变化的元素数量。然而,与数组队列相比,链式队列需要额外的内存来存储节点指针,并且在访问特定位置的元素时需要遍历链表,可能导致一些性能开销。
在实现链式队列时,可以定义一个节点结构来表示链表中的每个节点,并使用指针来跟踪队列的头部和尾部。通过使用指针操作,可以在常量时间内执行入队和出队操作。
在多线程环境中使用链式队列时,需要考虑线程安全性和同步问题,以避免竞态条件和数据不一致的情况。可以使用互斥锁或其他同步机制来确保线程安全性。
记得是队尾插入,队首删除。
// 顺序队列
#include
#define MAX_SIZE 100
// 定义队列结构体
typedef struct {
int data[MAX_SIZE];
int front; // 队首索引
int rear; // 队尾索引
} Queue;
// 初始化队列
void initQueue(Queue *queue) {
queue->front = 0;
queue->rear = 0;
}
// 判断队列是否为空
int isEmpty(Queue *queue) {
return (queue->front == queue->rear);
}
// 判断队列是否已满
int isFull(Queue *queue) {
return (queue->rear == MAX_SIZE);
}
// 入队
void enqueue(Queue *queue, int item) {
if (isFull(queue)) {
printf("队列已满,无法插入元素\n");
return;
}
queue->data[queue->rear] = item;
queue->rear++;
}
// 出队
int dequeue(Queue *queue) {
if (isEmpty(queue)) {
printf("队列为空,无法删除元素\n");
return -1;
}
int item = queue->data[queue->front];
queue->front++;
return item;
}
// 获取队列长度
int getQueueLength(Queue *queue) {
return queue->rear - queue->front;
}
int main() {
Queue queue;
initQueue(&queue);
enqueue(&queue, 1);
enqueue(&queue, 2);
enqueue(&queue, 3);
printf("队列长度: %d\n", getQueueLength(&queue));
printf("出队元素: %d\n", dequeue(&queue));
printf("出队元素: %d\n", dequeue(&queue));
printf("队列长度: %d\n", getQueueLength(&queue));
return 0;
}
// 循环队列
#include
#define MAX_SIZE 100
// 定义循环队列结构体
typedef struct {
int data[MAX_SIZE];
int front; // 队首索引
int rear; // 队尾索引
int size; // 直接用一个size来记录大小,简化空、满的判断
} CircularQueue;
// 初始化循环队列
void initQueue(CircularQueue *queue) {
queue->front = 0;
queue->rear = 0;
queue->size = 0;
}
// 判断循环队列是否为空
int isEmpty(CircularQueue *queue) {
return (queue->size == 0);
}
// 判断循环队列是否已满
int isFull(CircularQueue *queue) {
return (queue->size == MAX_SIZE);
}
// 入队
void enqueue(CircularQueue *queue, int item) {
if (isFull(queue)) {
printf("循环队列已满,无法插入元素\n");
return;
}
queue->data[queue->rear] = item;
// 注意对队尾索引的计算,因为它是循环的
queue->rear = (queue->rear + 1) % MAX_SIZE;
// 更新元素个数
queue->size++;
}
// 出队
int dequeue(CircularQueue *queue) {
if (isEmpty(queue)) {
printf("循环队列为空,无法删除元素\n");
return -1;
}
int item = queue->data[queue->front];
// 同理
queue->front = (queue->front + 1) % MAX_SIZE;
queue->size--;
return item;
}
// 获取循环队列长度
int getQueueLength(CircularQueue *queue) {
return queue->size;
}
int main() {
CircularQueue queue;
initQueue(&queue);
enqueue(&queue, 1);
enqueue(&queue, 2);
enqueue(&queue, 3);
printf("循环队列长度: %d\n", getQueueLength(&queue));
printf("出队元素: %d\n", dequeue(&queue));
printf("出队元素: %d\n", dequeue(&queue));
printf("循环队列长度: %d\n", getQueueLength(&queue));
return 0;
}
注意,优先级通常是数值越小,优先级越高。计算机领域通常都是这样的。(当然你也可以自定义)
#include
#define MAX_SIZE 100
typedef struct {
int value;
int priority;
} Element;
Element queue[MAX_SIZE];
int size = 0;
void enqueue(int value, int priority) {
if (size >= MAX_SIZE) {
printf("Queue is full. Unable to enqueue.\n");
return;
}
int i = size - 1;
while (i >= 0 && queue[i].priority > priority) {
queue[i + 1] = queue[i];
i--;
}
queue[i + 1].value = value;
queue[i + 1].priority = priority;
size++;
}
int dequeue() {
if (size <= 0) {
printf("Queue is empty. Unable to dequeue.\n");
return -1; // Return a sentinel value indicating an error
}
int value = queue[0].value;
for (int i = 1; i < size; i++) {
queue[i - 1] = queue[i];
}
size--;
return value;
}
void traverse() {
if (size <= 0) {
printf("Queue is empty. Nothing to traverse.\n");
return;
}
printf("Queue traversal: \n\t");
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("Val: %3d Prio: %d\n\t", queue[i].value, queue[i].priority);
}
printf("\n");
}
int main() {
enqueue(5, 3);
enqueue(10, 1);
enqueue(3, 6);
traverse();
int value = dequeue();
printf("Dequeued value: %d\n", value);
traverse();
enqueue(888, 4);
printf("Enter (888,4)\n");
traverse();
return 0;
}
// 链队
#include
#include
typedef struct Node {
int data;
struct Node* next;
} Node;
typedef struct {
Node* front; // 队头指针
Node* rear; // 队尾指针
} Queue;
Queue* createQueue() {
Queue* queue = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
queue->front = NULL;
queue->rear = NULL;
return queue;
}
int isEmpty(Queue* queue) {
return (queue->front == NULL);
}
void enqueue(Queue* queue, int data) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = data;
newNode->next = NULL;
if (isEmpty(queue)) {
queue->front = newNode;
queue->rear = newNode;
} else {
queue->rear->next = newNode;
queue->rear = newNode;
}
}
int dequeue(Queue* queue) {
if (isEmpty(queue)) {
printf("Queue is empty. Unable to dequeue.\n");
return -1; // 返回一个表示错误的特殊值
}
int data = queue->front->data;
Node* temp = queue->front;
if (queue->front == queue->rear) {
queue->front = NULL;
queue->rear = NULL;
} else {
queue->front = queue->front->next;
}
free(temp);
return data;
}
void traverse(Queue* queue) {
if (isEmpty(queue)) {
printf("Queue is empty. Nothing to traverse.\n");
return;
}
printf("Queue traversal:\n\t\t");
Node* current = queue->front;
while (current != NULL) {
printf("%d ", current->data);
current = current->next;
}
printf("\n");
}
int main() {
Queue* queue = createQueue();
enqueue(queue, 5);
enqueue(queue, 10);
enqueue(queue, 3);
traverse(queue);
int data = dequeue(queue);
printf("Dequeued data: %d\n", data);
traverse(queue);
return 0;
}
把 永 远 爱 你 写 进 诗 的 结 尾 ~