数据结构——循环队列（数组实现）

一、概念

普通队列若采用数组实现，随着出队入队操作的进行，队头队尾指针的移动，队头指针走到数组0号位置之后，因为队列只能在队尾插入，那么队头前面的空间就无法再次使用，导致假溢出问题。因此提出了循环队列，其思想是队头或队尾指针到达空间最后一个位置后，下一步移动又会重新返回到初始位置，图示如下：

循环队列为空：队头队尾指针都在初始位置。

满循环队列：为了能使用Q.rear=Q.front来区别是队空还是队满，我们常常认为上图情况时为队满，此时rear+1=front。

注：图示只是为了便于对循环队列的理解，真实的队列还是依靠数组或者链表实现的，内存不会发生弯曲形成头尾相连的情况，而是对指针的操作，实现超过最大位置时就自动返回到初始位置形成循环。

实现方法：每次对队头队尾指针进行改变时，都要对最大容量size进行%取余。若有减法操作，还需先加上最大容量size再对size进行取余，防止数组越界。

二、结构体定义

//循环队列
typedef int QDataType;
typedef struct {
    QDataType* array;
    int front;//队头
    int rear;//队尾
    int size;//容量
} MyCircularQueue;

三、接口实现

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);//判空,空返回true，非空返回false
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);//判满,满返回true，非满返回false
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k);//初始化队列
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value);//入队
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj);//出队
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj);//获取队头元素
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj);//获取队尾元素
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj);//销毁

1.循环队列初始化

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {//初始化队列
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    if (obj == NULL) {
        return NULL;
    }
    obj->array = (QDataType*)malloc(sizeof(QDataType) * (k + 1));//申请k+1一个空间
    obj->front = 0;
    obj->rear = 0;
    obj->size = k + 1;
    return obj;
}

2.循环队列入队

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {//入队
    if (myCircularQueueIsFull(obj)) {
        return false;
    }
    obj->array[obj->rear] = value;
    obj->rear = (obj->rear + 1) % obj->size;
    return true;
}

3.循环队列出队

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {//出队
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return false;
    }
    obj->front = (obj->front + 1) % obj->size;
    return true;
}

4.获取队头元素

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {//获取队头元素
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->array[obj->front];
}

5.获取队尾元素

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {//获取队尾元素
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->array[(obj->rear - 1+obj->size) % obj->size];
}

6.循环队列判空

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {//判空
    if (obj->front == obj->rear) {
        return true;
    }
    return false;
}

7.循环队列判满

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {//判满
    if ((obj->rear + 1) % obj->size == obj->front) {
        return true;
    }
    return false;
}

8.循环队列销毁

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {//销毁
    free(obj->array);
    free(obj);
}

四、接口测试

1.测试函数

void Test_Queue() {
    MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(3);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 1);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 2);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 3);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 4);//队满

    printf("front=%d\n", myCircularQueueFront(obj));//获取队头1
    printf("rear=%d\n", myCircularQueueRear(obj));//获取队尾3

    myCircularQueueDeQueue(obj);//出队1
    printf("front=%d\n", myCircularQueueFront(obj));//获取队头2

    myCircularQueueFree(obj);//销毁
}

2.测试结果

五、完整代码

#include
#include
#include

//循环队列
typedef int QDataType;
typedef struct {
    QDataType* array;
    int front;//队头
    int rear;//队尾
    int size;//容量
} MyCircularQueue;

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);//判空,空返回true，非空返回false
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);//判满,满返回true，非满返回false

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {//初始化队列
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    if (obj == NULL) {
        return NULL;
    }
    obj->array = (QDataType*)malloc(sizeof(QDataType) * (k + 1));//申请k+1一个空间
    obj->front = 0;
    obj->rear = 0;
    obj->size = k + 1;
    return obj;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {//入队
    if (myCircularQueueIsFull(obj)) {
        return false;
    }
    obj->array[obj->rear] = value;
    obj->rear = (obj->rear + 1) % obj->size;
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {//出队
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return false;
    }
    obj->front = (obj->front + 1) % obj->size;
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {//获取队头元素
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->array[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {//获取队尾元素
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {
        return -1;
    }
    return obj->array[(obj->rear - 1+obj->size) % obj->size];
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {//判空
    if (obj->front == obj->rear) {
        return true;
    }
    return false;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {//判满
    if ((obj->rear + 1) % obj->size == obj->front) {
        return true;
    }
    return false;
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {//销毁
    free(obj->array);
    free(obj);
}

void Test_Queue() {
    MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(3);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 1);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 2);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 3);
    myCircularQueueEnQueue(obj, 4);//队满

    printf("front=%d\n", myCircularQueueFront(obj));//获取队头1
    printf("rear=%d\n", myCircularQueueRear(obj));//获取队尾3

    myCircularQueueDeQueue(obj);//出队1
    printf("front=%d\n", myCircularQueueFront(obj));//获取队头2

    myCircularQueueFree(obj);//销毁
}

int main() {
    Test_Queue();
    return 0;
}