【C语言】动态数组实现循环队列
前言
队列是一种“先进先出的数据结构”，可分为静态队列和链式队列。静态队列一般使用数组实现，数组需要预先定义内存大小，为了避免内存浪费，一般使用循环队列。接下来讲述循环队列的原理以及实现代码。
循环队列数据结构定义：
int front; //指向队列头，指向第一个数据节点
int tail; //指向队列尾（并不是指向最后一个数据节点，而是最后一个数据节点后面的位置）
int data[];//节点数据，根据实际需要可以是不同的数据类型，但是因为是数组，需要在声明时指定大小
一、实现过程
1、定义结构体结构
- ①、定义循环队列的最大数据个数
- ②、定义结构体结构
#define MAX_SIZE 5
typedef struct CircQueue {
int front;
int tail;
int data[MAX_SIZE];
}Circ_Queue_t;
2、创建一个结构体指针
- ①、创建一个结构体指针
- ②、分配一块 sizeof(Circ_Queue_t) 【结构体类型所占的字节大小】字节大小的地址空间，并且将其首地址传给queue，使结构体指针queue指向这块地址。
Circ_Queue_t *queue;
queue = (Circ_Queue_t *)malloc(sizeof(Circ_Queue_t));
if (queue == NULL) {
perror("malloc");
return -1;
} else {
printf("Create Success\n");
printf("Circ Queue Size: %d\n\n", MAX_SIZE);
}
3、初始化循环队列
- ①、将front、tail都设为0，表明这时循环队列的数据节点个数为0，队列为空
- ②、从queue->data首地址开始，将MAX_SIZE*sizeof(int)字节大小的内存块填充为0
/*
* Init Circ_Queue
*/
void Circ_Queue_Init(Circ_Queue_t *queue) {
queue->front = 0;
queue->tail = 0;
memset(queue->data, 0, MAX_SIZE * sizeof(int));
}
4、释放分配给循环队列的内存
- ①、判断结构体指针queue是否指向非空
- 是则说明malloc动态分配给循环队列的地址还没有被释放掉，需要进行释放
/*
* Deinit Circ_Queue
*/
void Circ_Queue_Deinit(Circ_Queue_t *queue) {
if (queue != NULL) {
free(queue);
}
}
5、判断循环队列是否为满
- ①、判断循环队列是否为满
- 循环队列为满的条件是 (tail+1)%MAX_SIZE == front
- 为什么使用 (tail+1)%MAX_SIZE == front 作为队列满的条件呢？
- 因为如果使用 tail == front 作为判断条件的话，那么就和循环队列判断为空的条件重复了，无法知道该循环队列是满还是空。因此需要预留一个空间，当 tail 的下一位是 front 的话，说明队列已经满了。
/*
* Is the Circ_Queue full?
* return:
* 0 - is not full
* 1 - full
*/
bool is_full(Circ_Queue_t *queue) {
return (queue->tail+1)%MAX_SIZE == queue->front;
}
6、判断循环队列是否为空
- ①、判断循环队列是否为空
- 循环队列为空的条件是 tail == front
- 当循环队列的 front 和 tail 重叠在一起的时候，说明该循环队列中已经没有数据了，为空。
/*
* Is the Circ_Queue empty?
* return:
* 0 - is not empty
* 1 - empty
*/
bool is_empty(Circ_Queue_t *queue) {
return queue->front == queue->tail;
}
7、添加数据到循环队列中
- ①、先判断该循环队列是否已满，已满则跳出该函数
- ②、该循环队列未满，则进行数据填充。↓
- ③、将数据填充到queue->data的第queue->tail位（将数据填充到循环队列中下标为tail的位置中）
- ④、将下标 queue->tail 修改为 (queue->tail +1)%MAX_SIZE
- 但是因为当queue->tail为4时，按照正常queue->tail+1，会导致queue->tail为5，超出该循环队列中数组下标的可取范围【因为该循环队列的长度是5，下标的正常取值是0-4】，所以要%MAX_SIZE，将queue->tail 变为0，回归到正常的循环中
/*
* Add tail data to Circ_Queue
*/
void Circ_Queue_Add(Circ_Queue_t *queue, int value) {
if (is_full(queue)) {
printf("Circ Queue is Full\n");
} else {
queue->data[queue->tail] = value;
queue->tail = (queue->tail+1)%MAX_SIZE;
}
}
8、从循环队列中删除数据
- ①、先判断该循环队列是否为空，为空则跳出该函数
- ②、该循环队列不为空，则进行数据删除。↓
- ③、将 queue->front 设置为 (queue->front + 1) % MAX_SIZE
- 原理和添加数据时queue->tail的操作类似，正常情况下，queue->front 是从 0 开始，当经过删除数据， queue->front +1
- 但是当 queue->front 为4的时候删除数据，会导致queue->front 为5，超出该循环队列中数组下标的可取范围【因为该循环队列的长度是5，下标的正常取值是0-4】，所以要%MAX_SIZE，将queue->front 变为0，回归到正常的循环中）
/*
* Delete front data from Circ_Queue
*/
void Circ_Queue_Del(Circ_Queue_t *queue) {
if (is_empty(queue)) {
printf("Circ Queue is Empty\n");
} else {
queue->front = (queue->front+1)%MAX_SIZE;
}
}
9、获取循环队列第一个数据
- ①、判断该循环队列是否存在，不存在则打印信息
- ②、存在则判断是否为空，为空则打印信息
- ③、不为空则返回首个数据 queue->data[queue->front]
/*
* Get the front of the Circ_Queue data
*/
int get_front(Circ_Queue_t *queue) {
if (queue == NULL) {
printf("There is no Circ Queue\n");
} else {
if (is_empty(queue)) {
printf("Circ Queue is NULL\n");
} else {
return queue->data[queue->front];
}
}
}
10、获取循环队列最后一个数据
- ①、判断该循环队列是否存在，不存在则打印信息
- ②、存在则判断是否为空，为空则打印信息
- ③、不为空则返回最后一个数据 queue->data[(queue->tail-1+MAX_SIZE)%MAX_SIZE]
- 因为 queue->data[queue->tail] 是不存放数据的，所以返回的是其前一个位置存放的数据，但如果当 queue->tail 为0时， queue->tail - 1 为-1 ，不在该循环队列中数组下标的可取范围【因为该循环队列的长度是5，下标的正常取值是0-4 】，所以要将 queue->tail - 1 后 + MAX_SIZE，再 %MAX_SIZE，将 queue->tail 变为4，回归到正常的循环中
/*
* Get the tail of the Circ_Queue data
*/
int get_tail(Circ_Queue_t *queue) {
if (queue == NULL) {
printf("There is no Circ Queue\n");
} else {
if (is_empty(queue)) {
printf("Circ Queue is NULL\n");
} else {
return queue->data[(queue->tail-1+MAX_SIZE)%MAX_SIZE];
}
}
}
二、具体代码
#include 三、测试结果
总结
以上是对动态分配的数组实现循环列表的一些理解，如有写的不好的地方，还请各位大佬不吝赐教