【头歌】数据结构-队列的应用
第1关：循环队列
任务描述
本关任务：编写一个循环队列，实现入队、出队操作，判断队空、队满等特殊情况。
相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：1.循环队列定义，2.入队、出队的定义，3.队空、队满的情况。
循环队列定义
循环队列将数组存储区看成是一个首尾相接的环形区域（下图）。当数据存放到尾地址后，下一个地址就跳转到首地址。循环队列定义如下：
struct Queue{int maxSize; // 队列最大长度int *data; // 数据指针int front; // 头指针索引int rear; // 尾指针索引};
入队出队定义
入队操作：队列未满，在队尾插入一个元素item，使得data[rear+1]=item，若超过存储空间则尾指针索引取模(rear+1)%maxSize；
出队操作：队列不空，返回队首元素值data[front]，并移除队首元素front+1，若超过存储空间则头指针索引取模(front+1)%maxSize。
队空队满情况
初始化创建空队时，令front=rear=0， 其中front指向队首元素，rear指向队尾元素的下一个元素：
- 当队空时：
front==rear - 当队满时：
front==rear亦成立
因此只凭等式front==rear无法判断队空还是队满。 一个方法是少用一个元素空间，约定：队列头指针front在队尾指针rear的下一个位置上作为队列“满”状态的标志（如上图），即：
- 队空时：
front==rear - 队满时：
(rear+1)%maxSize==front
编程要求
本关的编程任务是补全右侧代码片段isFull、isEmpty、enQueue和deQueue中Begin至End中间的代码，具体要求如下：
- 在
isFull中，判断队列是否为满，若满返回true并在一行打印The queue is Full，否则返回false； - 在
isEmpty中，判断队列是否为空，若空返回true并在一行打印The queue is Empty，否则返回false； - 在
enQueue中，实现入队操作：将元素item加入队列尾部； - 在
deQueue中，实现出队操作：移除队列首部元素，并返回元素值。
测试说明
平台将自动编译补全后的代码，并生成若干组测试数据，接着根据程序的输出判断程序是否正确。
以下是平台的测试样例：
测试输入： 10 7 enqueue 30 enqueue 98 dequeue enqueue 96 dequeue dequeue enqueue 0 预期输出： 0 The queue is Empty
输入说明： 第一行n m分别表示循环队列大小、入队出队操作记录数量。 接下来m行，enqueue表示入队操作，后面接待入队元素；dequeue表示出队操作。
输出说明： 输出m个操作之后的所有队列元素。
开始你的任务吧，祝你成功！
//
// queue_.cpp
// Queue
//
// Created by ljpc on 2018/5/29.
// Copyright © 2018年 ljpc. All rights reserved.
//
#include "queue_.h"
void creatQueue(Queue* que, int maxSize)
// 创建一个循环队列指针que，队列最大长度为maxSize
{
que->maxSize = maxSize;
que->data = (int*)malloc(maxSize * sizeof(int));
que->front = que->rear = 0;
}
void destroyQueue(Queue* que)
// 释放队列内存空间
{
free(que->data);
}
bool isFull(Queue* que)
// 判断队列que是否为满
// 若满返回 true 并在一行打印 The queue is Full 末尾换行！！！
// 否则返回 false
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
if((que->rear+1)%que->maxSize==que->front)
{
printf("The queue is Full\n");
return true;
}
else return false;
/********** End **********/
}
bool isEmpty(Queue* que)
// 判断队列que是否为空
// 若空返回 true 并在一行打印 The queue is Empty 末尾换行！！！
// 否则返回 false
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
if(que->rear==que->front)
{
printf("The queue is Empty\n");
return true;
}
else
return false;
/********** End **********/
}
int enQueue(Queue* que, int item)
// 实现入队操作：将元素item加入队列que尾部
// 若队列没满，编写加入操作，返回 1
// 若队列满了，不做任何操作，返回 -1
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
if(isFull(que))
{
return -1;
}
else
{
que->data[que->rear]=item;
que->rear=(que->rear+1)%que->maxSize;
return 1;
}
/********** End **********/
}
int deQueue(Queue* que)
// 实现出队操作：移除队列que首部元素，并返回元素值
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
int x;
if(que->front==que->rear)
{
return false;
}
else
{
x=que->data[que->front];
que->front=(que->front+1)%que->maxSize;
}
return x;
/********** End **********/
}
void printQueue(Queue* que)
// 打印队列
{
while (isEmpty(que)==false) {
int item = deQueue(que);
printf("%d ", item);
}
}
第二关-链队列
任务描述
本关任务：编写一个链队列，实现入队、出队操作，判断队空等特殊情况。
相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：1.链队列定义，2.入队、出队的定义，3.队空的情况。
链队列定义
链队列的定义是在单链表的基础上，增加一个尾指针。队列的特点是“先进先出”，因此只需要一头一尾两个指针，就可以快速地在队头取出数据，在队尾插入数据。
链队列动态创建节点，不需要预设大小，内存空间不需要连续，入队、出队更容易实现。但是存取速度慢，操作也比数组的方式更加复杂。
struct Node // 数据节点{int data; // 数据类型Node *next; // 指向下一个节点的指针};struct LinkQueue // 链表队列{Node *front; // 头指针Node *rear; // 尾指针};
入队出队定义
入队操作：
- 第一步：为待入队元素创建数据节点
Node* node； - 第二步：将队尾节点
next指向新节点rear->next = node; - 第三步：修改队尾指针
rear指向新节点rear = node。
出队操作：队列不空，返回队首元素值。
- 第一步：获取队首节点
Node *node = front->next，注意front->next才是指向队列头节点，front本身不具备任何意义。 - 第二步：移除队首节点，修改
front->next = node->next； - 特殊情况：当队列最后一个元素被删除后，队列尾指针也丢失了，因此需对队尾指针重新赋值，即指向头结点
rear = front。
队空情况
初始化创建空队时，令rear = front，即队空的情况是rear == front。
编程要求
本关的编程任务是补全右侧代码片段isEmpty、enQueue和deQueue中Begin至End中间的代码，具体要求如下：
- 在
isEmpty中，判断队列是否为空，若空返回true并在一行打印The queue is Empty，否则返回false； - 在
enQueue中，实现入队操作：将元素item加入队列尾部； - 在
deQueue中，实现出队操作：移除队列首部元素，并返回元素值。
测试说明
平台将自动编译补全后的代码，并生成若干组测试数据，接着根据程序的输出判断程序是否正确。
以下是平台的测试样例：
测试输入： 7 enqueue 30 enqueue 98 dequeue enqueue 96 dequeue dequeue enqueue 0 预期输出： 0 The queue is Empty
输入说明： 第一行m分别表示链队列入队出队操作记录数量。 接下来m行，enqueue表示入队操作，后面接待入队元素；dequeue表示出队操作。
输出说明： 输出m个操作之后的所有队列元素。
开始你的任务吧，祝你成功！
//
// queue_.cpp
// LinkQueue
//
// Created by ljpc on 2018/5/30.
// Copyright © 2018年 ljpc. All rights reserved.
//
#include "queue_.h"
void creatLinkQueue(LinkQueue* que)
// 创建一个循环队列指针que
{
que->front = (Node*)malloc(sizeof(Node));
que->rear = que->front;
que->rear->next = NULL;
}
bool isEmpty(LinkQueue* que)
// 判断队列que是否为空
// 若空返回 true 并在一行打印 The queue is Empty 末尾换行！！！
// 否则返回 false
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
if(que->front==que->rear)
{
printf("The queue is Empty\n");
return true;
}
else
return false;
/********** End **********/
}
void enQueue(LinkQueue* que, int item)
// 实现入队操作：将元素item加入队列que尾部
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
Node *newque=(Node*)malloc(sizeof(Node));
if(newque!=NULL)
{
newque->data=item;
newque->next=NULL;
que->rear->next=newque;
que->rear=newque;
}
/********** End **********/
}
int deQueue(LinkQueue* que)
// 实现出队操作：移除队列que首部元素，并返回元素值
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
Node *p;
int item;
if(que->front==que->rear)
return false;
p=que->front->next;
que->front->next=p->next;
item=p->data;
if(que->rear==p)
{
que->rear=que->front;
}
free(p);
return item;
/********** End **********/
}
void printQueue(LinkQueue* que)
// 打印队列
{
while (isEmpty(que)==false) {
int item = deQueue(que);
printf("%d ", item);
}
}
第3关：单链表循环队列
任务描述
本关任务：编写一个单链表循环队列，实现入队、出队操作，判断队空等特殊情况。
相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：1.单链表循环队列定义，2.入队、出队的定义，3.队空的情况。
单链表循环队列
单链表循环队列设一个尾指针rear，不设头指针。队尾添加数据的时候，只需要在rear和rear->next之间插入该数据节点，然后将rear指向这个节点。因为没有头指针，所以添加一个整形变量size_来判定队列空的情况。
struct Node // 数据节点{int data; // 数据类型Node *next; // 指向下一个节点的指针};struct CycleQueue // 循环链表队列{int size_; // 目前队列元素个数Node *rear; // 尾指针};
入队出队定义
注意初始队列时，尾指针rear = NULL以及rear->next = NULL。
入队操作：
- 为待入队元素创建数据节点
Node* node； - 如果队列为空，则尾节点指向新节点
rear = node，rear->next指向队首节点rear->next = node。 - 如果队列非空，则在
rear和rear->next之间插入新节点：Node *temp = rear->next;rear->next = node;node->next = temp;rear = node;rear->next = temp;
出队操作：队列不空，返回队首元素值。
- 第一步：获取队首节点
Node *node = rear->next; - 第二步：移除队首节点，修改
rear->next = node->next。
队空情况
队列中不含数据节点，通过变量size_来判定队列空的情况。
编程要求
本关的编程任务是补全右侧代码片段isEmpty、enQueue和deQueue中Begin至End中间的代码，具体要求如下：
- 在
isEmpty中，判断队列是否为空，若空返回true并在一行打印The queue is Empty，否则返回false； - 在
enQueue中，实现入队操作：将元素item加入队列尾部； - 在
deQueue中，实现出队操作：移除队列首部元素，并返回元素值。
测试说明
平台将自动编译补全后的代码，并生成若干组测试数据，接着根据程序的输出判断程序是否正确。
以下是平台的测试样例：
测试输入： 7 enqueue 30 enqueue 98 dequeue enqueue 96 dequeue dequeue enqueue 0 预期输出： 0 The queue is Empty
输入说明： 第一行m分别表示链队列入队出队操作记录数量。 接下来m行，enqueue表示入队操作，后面接待入队元素；dequeue表示出队操作。
输出说明： 输出m个操作之后的所有队列元素。
开始你的任务吧，祝你成功！
//
// queue_.cpp
// Cycle
//
// Created by ljpc on 2018/5/30.
// Copyright © 2018年 ljpc. All rights reserved.
//
#include "queue_.h"
void creatCycleQueue(CycleQueue* que)
// 创建一个循环队列指针que
{
que->size_ = 0;
que->rear = NULL;
}
bool isEmpty(CycleQueue* que)
// 判断队列que是否为空
// 若空返回 true 并在一行打印 The queue is Empty 末尾换行！！！
// 否则返回 false
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
if(que->size_==0){
printf("The queue is Empty\n");
return true;
}else{
return false;
}
/********** End **********/
}
void enQueue(CycleQueue* que, int item)
// 实现入队操作：将元素item加入队列que尾部
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
Node *newque=(Node*)malloc(sizeof(Node));
newque->data=item;
if(que->size_>0)
{
newque->next=que->rear->next;
que->rear->next=newque;
que->rear=newque;
que->size_++;
}
else
{
que->rear=newque;
que->rear->next=newque;
que->size_++;
}
/********** End **********/
}
int deQueue(CycleQueue* que)
// 实现出队操作：移除队列que首部元素，并返回元素值
{
// 请在这里补充代码，完成本关任务
/********** Begin *********/
Node *p;
int item;
if(isEmpty(que))
return false;
if(que->size_==1)
{
item=que->rear->data;
p=que->rear;
que->rear=NULL;
free(p);
}
else if(que->size_>1)
{
p=que->rear->next;
que->rear->next=p->next;
item=p->data;
free(p);
}
que->size_--;
return item;
/********** End **********/
}
void printQueue(CycleQueue* que)
// 打印队列
{
while (isEmpty(que)==false) {
int item = deQueue(que);
printf("%d ", item);
}
}