9.顺序队列循环队列链队列

Posted 2020-12-13 go-ahead-wsg

/*
4.11 队列的抽象数据类型
ADT 队列（Queue）
Data
    同线性表。元素具有相同腐乳类型，相邻元素具有前驱和后继关系。
operation
    InitQueue(*Q)  //初始化操作，建立一个空队列Q。
    DestoryQueue(*Q)   //若队列Q存在，则销毁它。
    ClearQueue(*Q)     //将队列Q清空。
    QueueEmpty(Q)      //若队列Q为空，返回true,否则返回false。
    GetHead(Q, *e)     //若队列Q存在且非空，用e返回队列Q的队头元素。
    EnQueue(*Q, e)      //若队列Q存在，插入新元素e到队列Q中并成为队尾元素。
    DeQueue(*Q, *e)     //删除队列Q中队头元素，并用e返回其值。
    QueueLength(Q)      //返回队列Q的元素个数
endADT
*/

/*
4.12 循环队列
线性表有顺序存储和链式存储，栈是线性表，所以有这两种存储方式。同样，队列作为一种特殊的线性表，
也同样存在这两种存储方式。
*/
/*
4.12.1 队列顺序存储结构的不足
    和顺序线性存储结构一致，定长，会溢出。
    队头为下标0的位置，队尾为下标为1的位置，出队时会移动元素，时间复杂度为O(n)
4.12.2 循环队列
    循环队列通过移动队头指针的位置，解决出队元素前移时间复杂度为O(n);通过将队尾指针循环，与队头指针
    实现闭合操作，充分利用队列数据位；但是会存在数据溢出问题。
    所以我们直接来看队列的链式存储结构吧
4.13 队列的链式存储结构及实现
    队列的链式存储结构，其实就是线性表的单链表，只不过它只能尾进头出而已，我们把它简称位链队列。

*/

//链队列的结构为：
/*QElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int*/
typedef int QElemType;
//结点结构
typedef struct QNode
{
    QElemType data;
    struct QNode *next;
} QNode, *QueuePtr;
//队列的链表结构
typedef struct 
{
    //队头、队尾指针
    QueuePtr front,rear;
} LinkQueue;


//4.13.1队列的链式存储结构--入队操作
//插入元素e为Q的新的队尾元素，需要结合配图才能理解
Status EnQueue(LinkQueue *Q, QElemType e)
{
    QueuePtr s=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
    //存储分配失败
    if (!s)
        exit(OVERFLOW);
    s->data = e;
    s->next = NULL;
    //把拥有元素e新节点s赋值给原队尾结点的后继，Q->rear->next = s;
    Q->rear->next = s;
    //把当前的s设置为队尾结点，rear指向s
    Q->rear = s;
    return OK;
}

//4.13.2 队列的链式存储结构--出栈操作
//若队列不空，删除Q的队头元素，用e返回其值，并返回OK，否则返回ERROR
Status DeQueue(LinkQueue *Q, QElemType *e)
{
    QueuePtr p;
    if (Q->front == Q->rear)
        return ERROR;
    //将欲删除的队头结点暂存给p
    p = Q->front->next;
    //将欲删除的队头结点的值赋给e
    *e = p->data;
    //将原队头结点后继p->next赋值给头节点后继
    Q->front->next = p->next;
    //若队头是队尾。则删除后将rear指向头结点
    if(Q->rear == p)
        Q->rear = Q->front;
    free(p);
    return OK;
}

/*
对于循环队列与链队列的比较，可以从两方面来考虑，从时间上，其实它们的基本操作都是常数时间，即都为O(1),
不过循环队列是事先申请好空间，使用期间不释放，而对于链队列，每次申请和释放结点也会存在一些时间开销，如果入队
和出队频繁，则两者还是有细微差异。对于空间上来说，循环队列必须有一个固定的长度，所以就有了存储元素个数和空间
浪费的问题。而链队列不存在这个问题，尽管它需要一个指针域，会产生一些空间上的开销，但也可以接受，所以在空间上，
链队列更加灵活。
总的来说，在可以确定队列长度最大值的情况下，建议用循环队列，如果你无法预估队列的长度时，则用链队列。
*/