数据结构之动态顺序队列(C实现)
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了数据结构之动态顺序队列(C实现)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
一、队列是什么
队列是一种可以实现“先进先出”的存储结构。
队列通常可以分为两种类型:
一、顺序队列,采用顺序存储,当长度确定时使用。 顺序队列又有两种情况:
①使用数组存储队列的称为静态顺序队列。
②使用动态分配的指针的称为动态顺序队列。
二、链式队列,采用链式存储,长度不确定时使用(由链表实现)。
由于链式队列跟链表差不多,所以在这里只针对循环(环形)队列来说明并实践。
循环队列的两个参数:
①front,front指向队列的第一个元素。(front==head)
②rear,rear指向队列的最后一个有效元素的下一元素。(rear==tail)
队列的两个基本操作:出队和入队。
二、队列的结构
下面是一个循环队列(基于数组实现)的结构图:
三、队列的操作
入队(尾部入队)
①将值存入rear所代表的位置。
②rear = (rear+1)%数组的长度。
出队(头部出队)
front = (front+1)%数组的长度。
队列是否为空
front和rear的值相等,则该队列就一定为空。
队列是否已满
在循环队列中,“队满”和“队空”的条件有可能是相同的,都是front ==rear,这种情况下,无法区别是“队满”还是“队空”。
针对这个问题,有3种可能的处理方法: 【这里采用了第3种处理方法】
(1)另设一个标志以区别是“队满”还是“队空”。(即入队/出队前检查是否“队满”/“队空”)
(2)设一个计数器,此时甚至还可以省去一个指针。
(3)少用一个元素空间,即约定队头指针在队尾指针的下一位置时就作为“队满”的标志,即“队满”条件为:(pQueue->rear+1)%MAX_SIZE == pQueue->front。
四、队列的一些问题以及解决办法
从上图可以看出,随着入队、出队的进行,会使整个队列整体向后移动,就会出现上图中的现象:队尾指针已经移到了最后,即队尾出现溢出,无法再进行入队操作,然而实际上,此时队列中还有空闲空间,这种现象称为“假溢出”。
解决“假溢出”的三种办法:
- 方法一:每次删除队头元素后,把整个队列向前移动一个位置,这样可保证队头元素在存储空间的最前面。但每次删除元素时,都要把表中所有元素向前移动,效率太低。
- 方法二:当队尾指针出现溢出时,判断队头指针位置,如果前部有空闲空间,则把当前队列整体前移到最前方。这种方法移动元素的次数大为减少。
- 方法三:将队列看成头尾相接的循环结构,当队尾指针到队尾后,再从队头开始向后指,这样就不需要移动队列元素了,显然,第三种方法最经济、应用最多,这种顺序队列被称为“循环队列”或“环形队列”。
采用了这种头尾相接的循环队列后,入队的队尾指针加1操作及出队的队头指针加1操作必须做相应的修改,以确保下标范围为0~Max_Size-1。对指针进行取模运算,就能使指针到达最大下标位置后回到0,符合“循环”队列的特点。
因此入队时队尾指针加1操作改为: pQueue->tail = (pQueue->tail+1) % MAX_SIZE;
入队时队尾指针加1操作改为: pQueue->head = (pQueue->head+1) % MAX_SIZE;
五、动态顺序队列的实现
基于数组的动态顺序循环队列的具体实现:
5.1 MyQueue.h
#ifndef MYQUEUEC_H #define MYQUEUEC_H #include <stdio.h> #include <malloc.h> /* 队列: 只允许在表的一端(队尾rear)进行插入操作,而在另一端(队头front)进行删除操作的线性表 * 插入操作简称为入队 删除操作简称为出队 队列具有先进先出的特点 */ /*=====队列的入队、出队示意图======== * * 出队 ----------------- 入队 * <--- a1,a2,a3,...,an <--- * ----------------- * *================================*/ typedef enum { OK=0, //正确 ERROR=1, //出错 TRUE=2, //为真 FALSE=3 //为假 }status; typedef int ElemType; //宏定义队列的数据类型 #define MAX_SIZE 20 /*一、使用数组存储队列的称为静态顺序队列 *二、使用动态分配的指针的称为动态顺序队列*/ // 【这里的是动态顺序队列】 typedef struct { ElemType *pBase; //数组指针 ElemType front; //队头索引 ElemType rear; //队尾索引 int maxSize; //当前分配的最大容量 }queue; //创建空队列 queueCapacity-队列容量 status initQueue(queue *PQueue,int queueCapacity); //销毁队列 void destroyQueue(queue *PQueue); //清空队列 void clearQueue(queue *PQueue); //判断队列是否为空 status isEmpityQueue(queue *PQueue); //判断队列是否为满 status isFullQueue(queue *PQueue); //获得队列长度 int getQueueLen(queue *PQueue); //新元素入队 [先进先出原则:在队尾的位置插入] element-要插入元素 status enQueue(queue *PQueue,ElemType element); //新元素出队,同时保存出队的元素 [先进先出原则:在队头的位置删除] status deQueue(queue *PQueue,ElemType *pElement); //遍历队列 void queueTraverse(queue *PQueue); #endif // MYQUEUEC_H
5.2 MyQueue.c
#include "myqueuec.h" /* 队列: 只允许在表的一端(队尾rear)进行插入操作,而在另一端(队头front)进行删除操作的线性表 * 插入操作简称为入队 删除操作简称为出队 队列具有先进先出的特点 */ /*=====队列的入队、出队示意图======== * * 出队 ----------------- 入队 * <--- a1,a2,a3,...,an <--- * ----------------- * *================================*/ //创建队列 queueCapacity-队列容量 status initQueue(queue *PQueue,int queueCapacity) { //给数组指针分配内存 PQueue->pBase = (ElemType *)malloc(sizeof(ElemType)*queueCapacity); if(!PQueue->pBase) { printf("给数组指针分配内存失败\\n"); return ERROR; } PQueue->front = 0; //最开始创建时,队头索引为0 PQueue->rear = 0; //最开始创建时,队尾索引为0 PQueue->maxSize = queueCapacity; return OK; } //销毁队列 void destroyQueue(queue *PQueue) { free(PQueue); //释放队列数组指针指向的内存 PQueue = NULL; //队列数组指针重新指向NULL,避免成为野指针 } //清空队列 void clearQueue(queue *PQueue) { PQueue->front = 0; //队头索引清0 PQueue->rear = 0; //队尾索引清0 } //判断队列是否为空 status isEmpityQueue(queue *PQueue) { if( PQueue->front == PQueue->rear ) //队头==队尾,说明为空 return TRUE; return FALSE; } /* *在循环队列中,“队满”和“队空”的条件有可能是相同的,都是front==rear, *这种情况下,无法区别是“队满”还是“队空”。 *针对这个问题,有3种可能的处理方法: *(1)另设一个标志以区别是“队满”还是“队空”。(即入队/出队前检查是否“队满”/“队空”) *(2)设一个计数器,此时甚至还可以省去一个指针。 *(3)少用一个元素空间,即约定队头指针在队尾指针的下一位置时就作为“队满”的标志, *即“队满”条件为:(PQueue->rear+1)%MAX_SIZE == PQueue->front。 * 【这里采用了第3种处理方法】 */ //判断队列是否为满 status isFullQueue(queue *PQueue) { if( (PQueue->rear+1)%PQueue->maxSize == PQueue->front ) //队列满 return TRUE; return FALSE; } //获得队列长度 int getQueueLen(queue *PQueue) { //正常情况下,队列长度为队尾队头指针之差,但如果首尾指针跨容量最大值时,要% return (PQueue->rear - PQueue->front + PQueue->maxSize)%PQueue->maxSize; } //新元素入队 [先进先出原则:在队尾的位置插入] element-要插入元素 status enQueue(queue *PQueue,ElemType element) { if(isFullQueue(PQueue)==TRUE) { printf("队列已满,不能再插入元素了!\\n"); return FALSE; } //向队列中添加新元素 PQueue->pBase[PQueue->rear] = element; PQueue->rear = (PQueue->rear+1) % PQueue->maxSize; //将rear赋予新的合适的值 return TRUE; } //新元素出队,同时保存出队的元素 [先进先出原则:在队头的位置删除] status deQueue(queue *PQueue,ElemType *pElement) { //如果队列为空,则返回false if(isEmpityQueue(PQueue)==TRUE) { printf("队列为空,出队失败!\\n"); return FALSE; } *pElement = PQueue->pBase[PQueue->front]; //先进先出 PQueue->front = (PQueue->front+1) % PQueue->maxSize; //移到下一位置 return TRUE; } //遍历队列 void queueTraverse(queue *PQueue) { int i = PQueue->front; //从头开始遍历 printf("遍历队列:\\n"); while(i != PQueue->rear) //如果没有到达rear位置,就循环 { printf("%d ", PQueue->pBase[i]); i = (i+1) % PQueue->maxSize; //移到下一位置 } printf("\\n"); }
5.3 main.c
#include <stdio.h> #include "myqueuec.h" int main(void) { int value; //用于保存出队的元素 //创建队列对象 queue *PQueue = (queue *)malloc(sizeof(queue)); if(!PQueue->pBase) { printf("给队列对象分配内存失败\\n"); return -1; } //调用初始化队列的函数 initQueue(PQueue,MAX_SIZE); //调用出队函数 enQueue(PQueue, 1); enQueue(PQueue, 2); enQueue(PQueue, 3); enQueue(PQueue, 4); enQueue(PQueue, 5); enQueue(PQueue, 6); enQueue(PQueue, 7); enQueue(PQueue, 8); //调用遍历队列的函数 queueTraverse(PQueue); //调用出队函数 if(deQueue(PQueue, &value)) { printf("出队一次,元素为:%d\\n", value); } queueTraverse(PQueue); if(deQueue(PQueue, &value)) { printf("出队一次,元素为:%d\\n", value); } queueTraverse(PQueue); free(PQueue); PQueue = NULL; getchar(); return 0; }
以上是关于数据结构之动态顺序队列(C实现)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章