【数据结构(C语言描述)】环形队列

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一、基础知识

• 环形队列：是首尾相连的先进后出的数据结构

• 特点：给定空间大小

• 应用：环形队列广泛用于网络数据收发，和不同程序间数据交换（比如内核与应用程序大量交换数据,从硬件接收大量数据）

• 实现：① 数组环队 ② 链表环队
  

• 一个严重的问题：
  (1) 如何判断队为空？(2) 如何判断队为满？答案:(1)front == tail (2)front == tail
  为了区别两个判断条件的重合问题，需要在数组队/链队预留一个空间的位置
  (1) front == tail (2) (tail+1)%5 == front
  

二、数组实现环队

结构体：

typedef struct CircularQueue
{
	int* arry; 
	int front;
	int tail;
	int size;//数组大小
}CQueue;

2.1 初始化

//初始化
void CQueueInit(CQueue* cq, int k)
{
	assert(cq);
	cq->arry = (int*)malloc(sizeof(int) * (k+1));
	cq->front = cq->tail = 0;
	cq->size = k;
}

2.2 判断环队是否为空

//判断环形队列是否为空
bool CQueueIsEmpty(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	return cq->front == cq->tail;
}

2.3 判断环队是否为满

//判断环形队列是否为满
bool CQueueIsFull(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	return (cq->tail + 1) % (cq->size + 1) == cq->front;
}

2.4 入队

//入队
void CQueuePush(CQueue* cq, int x)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsFull(cq))
	{
		printf("队满！");
		exit(0);
	}
	cq->arry[cq->tail] = x;//赋值
	cq->tail = (cq->tail + 1) % (cq->size + 1);//tail走一步
}

2.5 出队

//出队
void CQueuePop(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsEmpty(cq))
	{
		printf("队空！");
		exit(0);
	}
	cq->front = (cq->front + 1) % (cq->size + 1);//front走一步
}

2.6 取队头元素

//取队头元素
int CQueueFront(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsEmpty(cq))
	{
		printf("队空！");
		exit(0);
	}
	return cq->arry[cq->front];
}

2.7 取队尾元素

//取队尾元素
int CQueueBack(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsEmpty(cq))
	{
		printf("队空！");
		exit(0);
	}
	int tail_i = (cq->tail + cq->size) % (cq->size + 1);//找到tail的上一个位置
	return cq->arry[tail_i];
}

2.8 销毁环队

//环形队列的销毁
void CQueueDestroy(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	free(cq->arry);
	free(cq);
}

“向后走”：(cur+1)%(k+1)
“向前走”：(cur+k)%(k+1)

三、链表实现环队

结构体：

typedef int DataType;
typedef struct CQueueNode
{
	DataType data;
	CQueueNode* next;
}CQueueNode;
typedef struct CQueue
{
	CQueueNode* front;
	CQueueNode* tail;
}CQueue;

3.1 初始化

//初始化
void CQueueInit(CQueue* cq, int k)
{
	assert(cq);
	CQueueNode* plist = CreatCQueueList(k + 1);
	cq->front = cq->tail = plist;
}
//创建k个结点的链表
CQueueNode* CreatCQueueList(int k)
{
	CQueueNode* phead = NULL;
	CQueueNode* tail = phead;
	while (k)
	{
		CQueueNode* newNode = (CQueueNode*)malloc(sizeof(CQueueNode));
		newNode->next = NULL;
		if (phead == NULL)
		{
			phead = tail =newNode;
		}
		else
		{
			tail->next = newNode;
			tail = newNode;
		}
		--k;
	}
	tail->next = phead;
	return phead;
}

3.2 判断环队是否为空

//判断环形队列是否为空
bool CQueueIsEmpty(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	return cq->front == cq->tail;
}

3.3 判断环队是否为满

//判断环形队列是否为满
bool CQueueIsFull(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	return cq->front == cq->tail->next;
}

3.4 入队

//入队
void CQueuePush(CQueue* cq, int x)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsFull(cq))
	{
		printf("队满！");
		exit(0);
	}
	cq->tail->data = x;
	cq->tail = cq->tail->next;
}

3.5 出队

//出队
void CQueuePop(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsEmpty(cq))
	{
		printf("队空！");
		exit(0);
	}
	cq->front = cq->front->next;
}

3.6 取队头元素

//取队头元素
int CQueueFront(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsEmpty(cq))
	{
		printf("队空！");
		exit(0);
	}
	return cq->front->data;
}

3.7 取队尾元素

//取队尾元素
int CQueueBack(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	if (CQueueIsEmpty(cq))
	{
		printf("队空！");
		exit(0);
	}
	CQueueNode* cur = cq->front;
	while (cur)
	{
		if (cur->next == cq->tail)
			break;
		cur = cur->next;
	}
	return cur->data;
}

3.8 销毁环队

//环形队列的销毁
void CQueueDestroy(CQueue* cq)
{
	assert(cq);
	//第一层：free链表结点
	CQueueNode* cur = cq->front;
	while (cur)
	{
		CQueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	//第二层：free front和tail
	free(cq);
}