【数据结构】 循环队列的基本操作 （C语言版）
目录
一、顺序队列
1、顺序队列的定义：
2、顺序队列的优缺点：
二、循环队列
1、循环队列的定义：
2、循环队列的优缺点：
三、循环队列的基本操作算法（C语言）
1、宏定义
2、创建结构体
3、循环队列的初始化
4、循环队列的销毁
5、循环队列的清空
6、求循环队列的长度
7、循环队列的判空
8、求队头元素
9、循环队列入队
10、循环队列出队
11、遍历队列元素
四、循环队列的基本操作完整代码（C语言）
五、运行结果
一、顺序队列
1、顺序队列的定义：
顺序队列是由一维数组实现的队列，其中队头元素的下标为0，队尾元素的下标为n-1（n为数组大小），队列的大小在创建时确定，且在队列的生命周期内保持不变。
2、顺序队列的优缺点：
顺序队列的优点：
- 空间利用率高：由于数组的大小在创建时确定，因此可以预先分配足够的空间，避免了频繁的内存申请和释放操作，提高了空间利用率。
- 存取速度快：由于队列元素在内存中连续存储，因此可以根据下标直接访问队头元素和队尾元素，存取速度快。
顺序队列的缺点：
- 不适合处理动态扩展的数据：顺序队列的空间大小在创建时确定，因此无法动态扩展，对于需要处理大规模数据的情况不太适用。
- 容易发生假溢出：由于顺序队列的队头和队尾元素不断向后移动，当队列满时，如果继续入队操作，会导致假溢出，即无法再进行入队操作。
- 无法充分利用内存的连续性优势：由于顺序队列是基于数组实现的，因此无法充分利用内存的连续性优势，因为队头和队尾元素可能分散在不同的内存位置。
二、循环队列
1、循环队列的定义：
循环队列是一种线性数据结构，它将队列的元素存储在一个连续的数组中，并通过使用循环指针来管理队列的插入和删除操作。循环队列的特点在于，当队列为空时，头尾指针指向同一位置；当队列满时，头尾指针也指向同一位置。
2、循环队列的优缺点：
循环队列的优点：
- 空间利用率高：循环队列使用固定大小的数组来存储元素，无需动态分配内存，因此可以充分利用存储空间。
- 时间复杂度稳定：在循环队列中，插入和删除操作具有固定的时间复杂度，这使得循环队列在需要频繁进行插入和删除操作的场景中表现优异。
- 无需额外的空间：由于循环队列使用数组实现，因此无需额外的空间来存储元素，从而降低了空间复杂度。
循环队列的缺点：
- 队列大小固定：循环队列的大小是固定的，因此在处理大量数据时，可能需要预先分配大量存储空间。如果实际数据量超过预分配的空间，可能会导致数据丢失或程序崩溃。
- 判断队列是否为空或满的判断逻辑较复杂：在循环队列中，判断队列是否为空或满的判断逻辑相对复杂。需要同时考虑头尾指针的位置和当前队列的状态。如果处理不当，可能会导致误判或错过一些特殊情况。
- 插入和删除操作需要移动元素：虽然循环队列在插入和删除操作时具有固定的时间复杂度，但在实际操作中，仍然需要移动元素以保持队列的连续性和循环性。如果数据量大或者数据不均匀分布，可能会影响操作效率。
三、循环队列的基本操作算法（C语言）
1、宏定义
#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -1
#define MAXSIZE 100
typedef int QElemType;
typedef int Status;2、创建结构体
//创建结构体
typedef struct {
QElemType *base;
int front;
int rear;
} SqQueue;3、循环队列的初始化
//初始化
Status InitQueue(SqQueue &Q) {
//构造一个空队列
Q.base = new QElemType[MAXSIZE];
if (!Q.base) {
exit(OVERFLOW);
}
Q.front = Q.rear = 0;
return OK;
}4、循环队列的销毁
//销毁队列
Status DestroyQueue(SqQueue &Q) {
if (Q.base) {
delete Q.base;
}
Q.base = NULL;
Q.front = Q.rear = 0;
return OK;
}5、循环队列的清空
//清空队列
Status ClearQueue(SqQueue &Q) {
Q.front = Q.rear = 0;
return OK;
}6、求循环队列的长度
//求长度
Status QueueLength(SqQueue Q) {
return (Q.rear - Q.front + MAXSIZE) % MAXSIZE;
}7、循环队列的判空
Status QueueEmpty(SqQueue Q) {
if (Q.front == Q.rear) {
return true;
} else {
return false;
}
}8、求队头元素
//求队头元素
Status GetHead(SqQueue Q, QElemType &e) {
if (Q.front == Q.rear) {
return ERROR;
}
e = Q.base[Q.front];
return OK;
}9、循环队列入队
//循环队列入队
Status EnQueue(SqQueue &Q, QElemType e) {
if ((Q.rear + 1) % MAXSIZE == Q.front) return ERROR;
Q.base[Q.rear] = e;
Q.rear = (Q.rear + 1) % MAXSIZE;
return OK;
}10、循环队列出队
//循环队列出队
Status DeQueue(SqQueue &Q, QElemType &e) {
if (Q.front == Q.rear) {
return ERROR;
}
e = Q.base[Q.front];
Q.front = (Q.front + 1) % MAXSIZE;
return OK;
}11、遍历队列元素
//遍历队列
void DisplayQueue(SqQueue Q) {
int i = Q.front;
printf("队列元素为： ");
while (Q.front != Q.rear && (i + MAXSIZE) % MAXSIZE != Q.rear) {
printf("%d ", Q.base[i]);
i++;
}
}四、循环队列的基本操作完整代码（C语言）
#include
#include
#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -1
#define MAXSIZE 100
typedef int QElemType;
typedef int Status;
//创建结构体
typedef struct {
QElemType *base;
int front;
int rear;
} SqQueue;
//初始化
Status InitQueue(SqQueue &Q) {
//构造一个空队列
Q.base = new QElemType[MAXSIZE];
if (!Q.base) {
exit(OVERFLOW);
}
Q.front = Q.rear = 0;
return OK;
}
//销毁队列
Status DestroyQueue(SqQueue &Q) {
if (Q.base) {
delete Q.base;
}
Q.base = NULL;
Q.front = Q.rear = 0;
return OK;
}
//清空队列
Status ClearQueue(SqQueue &Q) {
Q.front = Q.rear = 0;
return OK;
}
//求长度
Status QueueLength(SqQueue Q) {
return (Q.rear - Q.front + MAXSIZE) % MAXSIZE;
}
//判空
Status QueueEmpty(SqQueue Q) {
if (Q.front == Q.rear) {
return true;
} else {
return false;
}
}
//求队头元素
Status GetHead(SqQueue Q, QElemType &e) {
if (Q.front == Q.rear) {
return ERROR;
}
e = Q.base[Q.front];
return OK;
}
//循环队列入队
Status EnQueue(SqQueue &Q, QElemType e) {
if ((Q.rear + 1) % MAXSIZE == Q.front) return ERROR;
Q.base[Q.rear] = e;
Q.rear = (Q.rear + 1) % MAXSIZE;
return OK;
}
//循环队列出队
Status DeQueue(SqQueue &Q, QElemType &e) {
if (Q.front == Q.rear) {
return ERROR;
}
e = Q.base[Q.front];
Q.front = (Q.front + 1) % MAXSIZE;
return OK;
}
//遍历队列
void DisplayQueue(SqQueue Q) {
int i = Q.front;
printf("队列元素为： ");
while (Q.front != Q.rear && (i + MAXSIZE) % MAXSIZE != Q.rear) {
printf("%d ", Q.base[i]);
i++;
}
}
//功能菜单列表
void show_help() {
printf("******* 功能菜单列表 *******\n");
printf("1----入队------------------\n");
printf("2----求循环队列长度----------\n");
printf("3----出队------------------\n");
printf("4----取队头元素-------------\n");
printf("5----清空循环队列-----------\n");
printf("6----销毁循环队列-----------\n");
printf("7----判断循环队列是否为空-----\n");
printf("8----批量插入元素------------\n");
printf("9----显示队列元素------------\n");
printf("10----退出------------------\n\n");
}
int main() {
SqQueue sq;
//初始化
Status rInitStack = InitQueue(sq);
if (rInitStack == OK) {
printf("循环队列初始化成功！\n");
} else {
printf("循环队列初始化失败！\n");
}
while (1) {
//功能菜单列表
show_help();
int flag;
printf("请输入所需的功能编号：\n");
scanf("%d", &flag);
switch (flag) {
case 1: {//入队
Status EnQueueindex;
printf("请输入插入元素(请在英文状态下输入例如:1): \n");
scanf("%d", &EnQueueindex);
Status rEnQueue = EnQueue(sq, EnQueueindex);
if (rEnQueue == OK) {
printf("向循环队列入队%d成功！\n", EnQueueindex);
} else {
printf("向循环队列入队失败！\n");
}
}
break;
case 2: {//求循环队列的长度
int length = QueueLength(sq);
printf("循环队列的长度为:%d。 \n\n", length);
}
break;
case 3: {//出队
Status DeQueueindex;
Status rDeQueue = DeQueue(sq, DeQueueindex);
if (rDeQueue == OK) {
printf("向循环队列出队%d成功！\n", DeQueueindex);
} else {
printf("向循环队列出队失败！\n");
}
}
break;
case 4: {//求队头元素
Status topData;
Status rGetHead = GetHead(sq, topData);
if (rGetHead == OK) {
printf("向循环队列获取队头元素：%d\n", topData);
} else {
printf("向循环队列获取队头元素失败！\n");
}
}
break;
case 5: { //清空
Status rClearStack = ClearQueue(sq);
if (rClearStack == OK) {
printf("循环队列清空成功！\n");
} else {
printf("循环队列清空失败！\n");
}
}
break;
case 6: {//销毁
Status rDestroyStack = DestroyQueue(sq);
if (rDestroyStack == OK) {
printf("循环队列销毁成功！\n");
} else {
printf("循环队列销毁失败！\n");
}
}
break;
case 7: {///判空
Status ClearStatus = QueueEmpty(sq);
if (ClearStatus == true) {
printf("循环队列为空！\n\n");
} else {
printf("循环队列不为空！\n\n");
}
}
break;
case 8: {//批量插入
int on;
printf("请输入想要插入的元素个数：\n");
scanf("%d", &on);
QElemType array[on];
for (int i = 1; i <= on; i++) {
printf("向循环队列第%d个位置插入元素为:", i);
scanf("%d", &array[i]);
}
for (int i = 1; i <= on; i++) {
Status InsertStatus = EnQueue(sq, array[i]);
if (InsertStatus == OK) {
printf("向循环队列第%d个位置插入元素%d成功！\n", i, array[i]);
} else {
printf("向循环队列第%d个位置插入元素%d失败！\n", i, array[i]);
}
}
}
break;
case 9: {//输出链表元素
DisplayQueue(sq);
printf("\n");
}
break;
case 10: {//退出程序
return 0;
}
break;
default: {
printf("输入错误，无此功能，请检查输入:\n\n");
}
}
}
return 1;
}
五、运行结果
