数据结构--循环队列的c语言实现（超详细注释/实验报告）

数据结构–循环队列的c语言实现（超详细注释/实验报告）

知识小回顾

队列（Queue)是另一种限定性的线性表，它只允许再表的一端插入元素，而再另一端删除元素，多以队列具有先进先出（First In First Out,FIFO)的特性。这与我们日常生活中的排队是一样的，最早进入队列的人最早离开，新来的人总是加入到队尾。在队列中，允许插入的一端称为队尾（Rear），允许删除的一端则称为队头（Front）。

队列在程序设计中也经常出现。一个最典型的例子就是操作系统中的作业排队。在允许多道程序运行的计算机系统中，同时有几个作业在运行。如果运行的结果都需要通过通道输出，那么就要按请求输出的先后次序排队。凡是申请输出的作业都从队尾进入队列。

循环队列是队列的一种顺序表示和实现方法。与顺序栈类似，在队列的顺序存储结构中，用一组地址连续的存储单元依次存放从队头到队尾的元素。此外，由于队列中队头和队尾的位置都是动态变化的，因此需要附设两个指针front和rear，分别知识队头元素和队尾元素在数组中的位置。

普通的顺序队列会有假溢出，一个巧妙的办法就是将顺序队列的数组看成一个环状的空间，即规定最后一个单元的后继为第一个单元，我们形象地称之为循环队列。

实验题目

实现循环队列基本运算

实验目的

1. 掌握队列的逻辑结构和操作规则，能在相应的实际问题中正确选用。
2. 熟练掌握循环队列基本运算的实现

实验要求

1. 以循环队列作为存储结构；
2. 实现循环队列的建立；
3. 实现循环队列的入队运算；
4. 实现循环队列的出队运算。

实验内容和实验步骤

1.需求分析

 以菜单的形式作为用户与程序的接口，用户输入菜单号来实行相应的操作。

2. 概要设计

 设计几个函数来实现初始化、插入、删除和查找的功能，然后再主函数中调用函数来实现操作。

3. 详细设计

导入一些库，并定义队列的大小以及队列中元素的类型。

#include
#include
#include
#define MAXSIZE 50//队列最大长度

循环队列类型定义如下

typedef int QueueElementType;
typedef struct
{
    QueueElementType element[MAXSIZE];//队列的元素空间（一个数组）
    int front;//头指针（指示器）
    int rear;//尾指针（指示器）
}SeqQueue;

循环队列初始化操作

//循环队列初始化操作
SeqQueue*InitQueue()
{
    //将Q初始化为一个空的循环队列
    SeqQueue *Q;
    Q=(SeqQueue*)malloc(sizeof(SeqQueue));
    Q->front=Q->rear=0;//一开始两个指示器都在最前面
    return Q;
}

循环队列入队操作

• 在非空循环队列中，队头指针始终指向当前队头元素，而队尾指针始终指向真正队尾与那苏后面的单元。当队列空间被占满时，队尾指针追上队头指针，所以有：front=rear。反之，队列是空的时候，队头指针追上队尾指针，此时也有:front=rear。可见，只凭front=rear无法判断队列是“满”还是“空”。解决这个问题的办法就是：损失一个元素，当队尾指针所指向的空单元的后继单元是队头元素所在的单元时，则停止入队。

//循环队列入队操作
void EnterQueue(SeqQueue *Q,QueueElementType x)
{
    //printf("入队开始\n");
    if((Q->rear+1)%MAXSIZE==Q->front)//牺牲了一个空间
    {
        printf("循环队列已满");
    }
    else
    {
        //printf("入队else开始\n");
        Q->element[Q->rear]=x;
        Q->rear=(Q->rear+1)%MAXSIZE;
    }
    //printf("入队结束\n");
}

循环队列出队操作

//循环队列出队操作
void DeleteQueue(SeqQueue *Q)
{
    if(Q->front==Q->rear)
    {
        printf("队列为空");
    }
    else
    {
        Q->front=(Q->front+1)%MAXSIZE;
    }
}

循环队列显示操作

//循环队列显示操作
void DisplayQueue(SeqQueue *Q)
{
    //printf("display开始\n");
    int i;
    for(i=Q->front;i!=Q->rear;i=(i+1)%MAXSIZE)
    {
        printf("%d   ",Q->element[i]);
    }
    //printf("display结束\n");
}

主函数部分，用一种“菜单”的形式使线性表的操作更加地清晰地展示出来。

//主函数
int main()
{
    SeqQueue *Q;
    //InitQueue(Q);
    Q=InitQueue();
    int a,i=1,x;
    for(a=1;a<5;a++)
    {
        EnterQueue(Q,a);
    }
    //DisplayQueue(Q);
    system("cls");
    while(i)//保证一直进行
    {
        printf("当前的循环队列如下（队首->队尾）：\n");
        DisplayQueue(Q);
        printf("\n------------------------------------\n");
        printf("         Main Menu         \n");
        printf("    1   进队    \n");
        printf("    2   出队   \n");
        printf("    3   清屏   \n");
        printf("    0   结束程序   \n");
        printf("------------------------------------\n");
        printf("请输入你选择的菜单号<1, 2, 3, 0>:\n");
        scanf("%d",&i);
        switch(i)
        {
        case 1:
            printf("请输入进队元素：");
            scanf("%d",&x);
            EnterQueue(Q,x);
            printf("\n\n");
            break;
        case 2:
            DeleteQueue(Q);
            printf("\n\n");
            break;
        case 3:
            system("cls");
            break;
        case 0:
            exit(0);
            break;
        default:
            printf("输入有误~\n");
            break;
        }
    }
}

4. 调试分析

遇到的问题及解决方法

• 教材上的初始化操作报错，用来实验指导书上的代码后就没有报错了。

算法的时空分析

• 循环链表比较简单，都是依托着数组来实现的，所以整体难度不大，最多也就一层循环

实验结果

实验结果很不错，所有操作都能正常执行，并且自己加入了“清屏”选项，使得界面更加的整洁。

实验总结

循环链表比较简单，多多重复，百炼成钢！

最后附上完整的代码

#include
#include
//#include
#define MAXSIZE 50//队列最大长度
typedef int QueueElementType;
typedef struct
{
    QueueElementType element[MAXSIZE];//队列的元素空间（一个数组）
    int front;//头指针（指示器）
    int rear;//尾指针（指示器）
}SeqQueue;

//循环队列初始化操作
//void InitQueue(SeqQueue * Q)
SeqQueue*InitQueue()
{
    //将Q初始化为一个空的循环队列
    SeqQueue *Q;
    Q=(SeqQueue*)malloc(sizeof(SeqQueue));
    Q->front=Q->rear=0;//一开始两个指示器都在最前面
    return Q;
}

//循环队列入队操作
void EnterQueue(SeqQueue *Q,QueueElementType x)
{
    //printf("入队开始\n");
    if((Q->rear+1)%MAXSIZE==Q->front)//牺牲了一个空间
    {
        printf("循环队列已满");
    }
    else
    {
        //printf("入队else开始\n");
        Q->element[Q->rear]=x;
        Q->rear=(Q->rear+1)%MAXSIZE;
    }
    //printf("入队结束\n");
}

//循环队列出队操作
void DeleteQueue(SeqQueue *Q)
{
    if(Q->front==Q->rear)
    {
        printf("队列为空");
    }
    else
    {
        Q->front=(Q->front+1)%MAXSIZE;
    }
}

//循环队列显示操作
void DisplayQueue(SeqQueue *Q)
{
    //printf("display开始\n");
    int i;
    for(i=Q->front;i!=Q->rear;i=(i+1)%MAXSIZE)
    {
        printf("%d   ",Q->element[i]);
    }
    //printf("display结束\n");
}

//主函数
int main()
{
    SeqQueue *Q;
    //InitQueue(Q);
    Q=InitQueue();
    int a,i=1,x;
    for(a=1;a<5;a++)
    {
        EnterQueue(Q,a);
    }
    //DisplayQueue(Q);
    system("cls");
    while(i)//保证一直进行
    {
        printf("当前的循环队列如下（队首->队尾）：\n");
        DisplayQueue(Q);
        printf("\n------------------------------------\n");
        printf("         Main Menu         \n");
        printf("    1   进队    \n");
        printf("    2   出队   \n");
        printf("    3   清屏   \n");
        printf("    0   结束程序   \n");
        printf("------------------------------------\n");
        printf("请输入你选择的菜单号<1, 2, 3, 0>:\n");
        scanf("%d",&i);
        switch(i)
        {
        case 1:
            printf("请输入进队元素：");
            scanf("%d",&x);
            EnterQueue(Q,x);
            printf("\n\n");
            break;
        case 2:
            DeleteQueue(Q);
            printf("\n\n");
            break;
        case 3:
            system("cls");
            break;
        case 0:
            exit(0);
            break;
        default:
            printf("输入有误~\n");
            break;
        }
    }
}