【数据结构】线性表（十一）队列：双端队列及其基本操作（初始化、判空、判满、头部入队、尾部入队、头部出队、尾部出队、存取队首队尾元素）
文章目录
- 一、队列
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- 1. 定义
- 2. 基本操作
- 二、顺序队列
- 三、链式队列
- 双端队列
-
- 0. 头文件
- 1. 队列结构体
- 2. 初始化
- 3. 判断队列是否为空
- 4. 判断队列是否已满
- 5. 头部入队
- 6. 尾部入队
- 7. 头部出队
- 8. 尾部出队
- 9. 存取队列头部的元素
- 10. 存取队列尾部的元素
- 11. 释放队列内存
- 12. 主函数
- 13. 代码整合
一、队列
1. 定义
队列是一种操作受限的线性表，对于它的所有插入都在表的一端进行，所有的删除（以至几乎所有的存取）都在表的另一端进行，且这些操作又都是按照先进先出（FIFO）的原则进行的。进行删除的一端称为队头（front），进行插入的一端称为队尾（rear）。没有元素的队列称为空队列（简称空队）。
队列就像生活中排队购物，新来的人只能加入队尾（假设不允许插队），购物结束后先离开的总是队头（假设无人中途离队）。也就是说，先加入队列的成员总是先离开队列，因此队列被称为先进先出（First In First Out）的线性表，简称为FIFO表。如图，在空队列中依次加入元素a1，a2，a3，a4，a5，出队次序仍然是a1，a2，a3，a4，a5 .
2. 基本操作
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队列是受限的线性表，其基本操作包括
IsEmpty(): 判断队列是否为空；isFull()：判断队列是否为满；enqueue()：向队尾添加元素（入队）；dequeue()：删除队首元素（出队）；peek()：获取队首的元素值（存取）；
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同普通线性表一样，队列也可以用顺序存储和链接存储两种方式来实现：
二、顺序队列
参考前文：【数据结构】线性表（八）队列：顺序队列及其基本操作（初始化、判空、判满、入队、出队、存取队首元素）
三、链式队列
参考前文：【数据结构】线性表（九）队列：链式队列及其基本操作（初始化、判空、入队、出队、存取队首元素）
双端队列
双端队列（Double-ended Queue，简称Deque）可以在队列的头部和尾部进行元素的插入和删除操作，因此可以看作是一种特殊的队列和栈的结合。
双端队列的操作包括：
- 在队列头部插入元素（头部入队）；
- 在队列尾部插入元素（尾部入队）；
- 在队列头部删除元素（头部出队），并返回该元素；
- 在队列尾部删除元素（尾部出队），并返回该元素；
- 获取队列头部的元素，但不删除它；
- 获取队列尾部的元素，但不删除它；
- 判断队列是否为空。
双端队列可以用于解决一些特定的问题，例如实现滑动窗口最大值、字符串处理等。它的灵活性使得在某些场景下比普通队列更加方便和高效。
0. 头文件
#include - 两个头文件
stdio.h用于输入输出操作stdlib.h用于内存分配和释放
1. 队列结构体
typedef struct {
int* elements; // 存储队列元素的数组
int front; // 队列头部索引
int rear; // 队列尾部索引
int size; // 队列的最大容量
} Deque;
2. 初始化
void initDeque(Deque* deque, int capacity) {
deque->elements = (int*)malloc(capacity * sizeof(int));
deque->front = -1;
deque->rear = -1;
deque->size = capacity;
}
- 使用动态内存分配函数
malloc分配了一个大小为capacity * sizeof(int)的整型数组，并将其地址赋值给deque->elements。 - 将
deque->front和deque->rear初始化为 -1，表示队列为空。 - 将
deque->size设置为传入的容量值。
3. 判断队列是否为空
int isEmpty(Deque* deque) {
return deque->front == -1;
}
通过检查队列的头部索引是否为-1来判断队列是否为空。
4. 判断队列是否已满
int isFull(Deque* deque) {
return deque->rear == deque->size - 1;
}
通过检查队列的尾部索引是否等于队列的最大容量减1来判断队列是否已满。
5. 头部入队
void insertFront(Deque* deque, int element) {
if (isEmpty(deque)) {
deque->front = 0;
deque->rear = 0;
} else if (deque->front == 0) {
deque->front = deque->size - 1;
} else {
deque->front--;
}
deque->elements[deque->front] = element;
}
- 如果队列为空（即
isEmpty(deque)返回真），则将队列头部和尾部索引都设置为 0。 - 否则，如果队列头部索引为 0，则将其设置为队列的最大容量减 1，否则将其递减 1。
- 将元素
element存储到队列头部索引对应的位置。
6. 尾部入队
void insertRear(Deque* deque, int element) {
if (isEmpty(deque)) {
deque->front = 0;
deque->rear = 0;
} else if (deque->rear == deque->size - 1) {
deque->rear = 0;
} else {
deque->rear++;
}
deque->elements[deque->rear] = element;
}
- 如果队列为空（即
isEmpty(deque)返回真），则将队列头部和尾部索引都设置为 0。 - 否则，如果队列尾部索引等于队列的最大容量减 1，则将其设置为 0，否则将其递增 1。
- 将元素
element存储到队列尾部索引对应的位置。
7. 头部出队
void deleteFront(Deque* deque) {
if (isEmpty(deque)) {
return;
}
if (deque->front == deque->rear) {
deque->front = -1;
deque->rear = -1;
} else if (deque->front == deque->size - 1) {
deque->front = 0;
} else {
deque->front++;
}
}
- 如果队列为空（即
isEmpty(deque)返回真），则直接返回，不进行任何操作。 - 否则，如果队列头部索引等于队列尾部索引，表示队列中只有一个元素，将队列头部和尾部索引都设置为 -1。
- 否则，如果队列头部索引等于队列的最大容量减 1，则将其设置为 0，否则将其递增 1。
8. 尾部出队
void deleteRear(Deque* deque) {
if (isEmpty(deque)) {
return;
}
if (deque->front == deque->rear) {
deque->front = -1;
deque->rear = -1;
} else if (deque->rear == 0) {
deque->rear = deque->size - 1;
} else {
deque->rear--;
}
}
- 如果队列为空（即
isEmpty(deque)返回真），则直接返回，不进行任何操作。 - 否则，如果队列尾部索引等于队列头部索引，表示队列中只有一个元素，将队列头部和尾部索引都设置为 -1。
- 否则，如果队列尾部索引等于 0，则将其设置为队列的最大容量减 1，否则将其递减 1。
9. 存取队列头部的元素
int getFront(Deque* deque) {
if (isEmpty(deque)) {
return -1; // 队列为空时返回一个特定的值，可以根据实际情况进行修改
}
return deque->elements[deque->front];
}
- 如果队列为空（即
isEmpty(deque)返回真），则返回一个特定的值（这里是 -1），表示队列为空。 - 否则，返回队列头部索引对应的元素。
10. 存取队列尾部的元素
int getRear(Deque* deque) {
if (isEmpty(deque)) {
return -1; // 队列为空时返回一个特定的值，可以根据实际情况进行修改
}
return deque->elements[deque->rear];
}
- 如果队列为空（即
isEmpty(deque)返回真），则返回一个特定的值（这里是 -1），表示队列为空。 - 否则，返回队列尾部索引对应的元素。
11. 释放队列内存
void freeDeque(Deque* deque) {
free(deque->elements);
}
使用 free 函数释放 deque->elements 指向的动态内存。
12. 主函数
int main() {
Deque deque;
int capacity = 5; // 设置队列的容量
// 初始化双端队列
initDeque(&deque, capacity);
// 在队列头部插入元素
insertFront(&deque, 1);
insertFront(&deque, 2);
// 在队列尾部插入元素
insertRear(&deque, 3);
insertRear(&deque, 4);
// 获取队列头部和尾部的元素
printf("Front: %d\n", getFront(&deque));
printf("Rear: %d\n", getRear(&deque));
// 在队列头部删除元素
deleteFront(&deque);
// 在队列尾部删除元素
deleteRear(&deque);
// 获取更新后的队列头部和尾部的元素
printf("Front: %d\n", getFront(&deque));
printf("Rear: %d\n", getRear(&deque));
// 释放队列内存
freeDeque(&deque);
return 0;
}
13. 代码整合
#include