文章目录
- 一、队列
- 1. 定义
- 2. 基本操作
- 二、顺序队列
- 0. 顺序表
- 1. 头文件和常量
- 2. 队列结构体
- 3. 队列的初始化
- 4. 判断队列是否为空
- 5. 判断队列是否已满
- 6. 入队
- 7. 出队
- 8. 存取队首元素
- 9. 主函数
- 10. 代码整合
堆栈Stack 和 队列Queue是两种非常重要的数据结构，两者都是特殊的线性表：
- 对于堆栈，所有的插入和删除（以至几乎所有的存取）都是在表的同一端进行；
- 对于队列，所有的插入都是在表的一端进行，所有的删除（以至几乎所有的存取）都是在表的另一端进行。
一、队列
1. 定义
队列是一种操作受限的线性表，对于它的所有插入都在表的一端进行，所有的删除（以至几乎所有的存取）都在表的另一端进行，且这些操作又都是按照先进先出（FIFO）的原则进行的。进行删除的一端称为队头（front），进行插入的一端称为队尾（rear）。没有元素的队列称为空队列（简称空队）。
队列就像生活中排队购物，新来的人只能加入队尾（假设不允许插队），购物结束后先离开的总是队头（假设无人中途离队）。也就是说，先加入队列的成员总是先离开队列，因此队列被称为先进先出（First In First Out）的线性表，简称为FIFO表。如图，在空队列中依次加入元素a1，a2，a3，a4，a5，出队次序仍然是a1，a2，a3，a4，a5 .
2. 基本操作
-
队列是受限的线性表，其基本操作包括
IsEmpty(): 判断队列是否为空；isFull()：判断队列是否为满；enqueue()：向队尾添加元素（入队）；dequeue()：删除队首元素（出队）；peek()：获取队首的元素值（存取）；
-
同普通线性表一样，队列也可以用顺序存储和链接存储两种方式来实现：
二、顺序队列
用顺序存储方式实现的堆栈称为顺序队列。
0. 顺序表
参考前文：顺序表及其基本操作
1. 头文件和常量
#include <stdio.h>
#define MAX_SIZE 100
-
头文件
stdio.h用于输入输出操作 -
通过
#define指令定义了一个常量MAX_SIZE，它表示顺序队列中数组的最大容量为100。
2. 队列结构体
typedef struct {
int data[MAX_SIZE]; // 存储队列元素的数组
int front; // 队头指针
int rear; // 队尾指针
} SequentialQueue;
- 整型数组
data，用于存储队列元素； front和rear分别表示队头指针和队尾指针。
3. 队列的初始化
void initSequentialQueue(SequentialQueue* queue) {
queue->front = -1;
queue->rear = -1;
}
initSequentialQueue 函数：初始化顺序队列，它将队头指针和队尾指针都设置为 -1，表示队列为空。
4. 判断队列是否为空
int isSequentialQueueEmpty(SequentialQueue* queue) {
return queue->front == -1;
}
isSequentialQueueEmpty 函数用于判断顺序队列是否为空：如果队头指针为 -1，表示队列为空，返回 1；否则返回 0。
5. 判断队列是否已满
int isSequentialQueueFull(SequentialQueue* queue) {
return (queue->rear + 1) % MAX_SIZE == queue->front;
}
isSequentialQueueFull 函数用于判断顺序队列是否已满。
6. 入队
void enqueueSequentialQueue(SequentialQueue* queue, int data) {
if (isSequentialQueueFull(queue)) {
printf("Error: Queue is full\n");
return;
}
if (isSequentialQueueEmpty(queue)) {
queue->front = 0;
queue->rear = 0;
} else {
queue->rear = (queue->rear + 1) % MAX_SIZE;
}
queue->data[queue->rear] = data;
}
- 判断队列是否已满
- 如果已满则打印错误信息并返回；
- 否则，根据队列是否为空进行不同的处理：
- 如果队列为空，将队头指针和队尾指针都设置为 0；
- 否则，将队尾指针移动到下一个位置，并将元素存储到队尾指针所指向的位置。
7. 出队
int dequeueSequentialQueue(SequentialQueue* queue) {
if (isSequentialQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
int data = queue->data[queue->front];
if (queue->front == queue->rear) {
queue->front = -1;
queue->rear = -1;
} else {
queue->front = (queue->front + 1) % MAX_SIZE;
}
return data;
}
- 判断队列是否为空
- 如果为空则打印错误信息并返回 -1；
- 否则，取出队头元素，并根据队头指针是否等于队尾指针来判断队列是否为空：
- 如果队列为空，将队头指针和队尾指针都设置为 -1；
- 否则，将队头指针移动到下一个位置。
8. 存取队首元素
int peekSequentialQueue(SequentialQueue* queue) {
if (isSequentialQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
return queue->data[queue->front];
}
peekSequentialQueue 函数用于获取队首元素，即返回队列中队头指针所指向的元素的值。首先判断队列是否为空，如果为空则打印错误信息并返回 -1。
9. 主函数
int main() {
SequentialQueue queue;
initSequentialQueue(&queue);
enqueueSequentialQueue(&queue, 10);
enqueueSequentialQueue(&queue, 20);
enqueueSequentialQueue(&queue, 30);
printf("Peek: %d\n", peekSequentialQueue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeueSequentialQueue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeueSequentialQueue(&queue));
printf("Peek: %d\n", peekSequentialQueue(&queue));
enqueueSequentialQueue(&queue, 40);
printf("Peek: %d\n", peekSequentialQueue(&queue));
return 0;
}
- 声明了一个
SequentialQueue类型的变量queue - 调用
initSequentialQueue函数对其进行初始化 - 调用
enqueueSequentialQueue函数三次，依次将元素 10、20、30 入队 - 使用
peekSequentialQueue函数获取队首元素并打印 - 调用
dequeueSequentialQueue函数两次，依次将队列中的元素出队并打印 - 再次使用
peekSequentialQueue函数获取队首元素并打印 - 调用
enqueueSequentialQueue函数将元素 40 入队，并使用peekSequentialQueue函数获取队首元素并打印
10. 代码整合
#include <stdio.h>
#define MAX_SIZE 100
// 定义顺序队列
typedef struct {
int data[MAX_SIZE]; // 存储队列元素的数组
int front; // 队头指针
int rear; // 队尾指针
} SequentialQueue;
// 初始化顺序队列
void initSequentialQueue(SequentialQueue* queue) {
queue->front = -1;
queue->rear = -1;
}
// 判断顺序队列是否为空
int isSequentialQueueEmpty(SequentialQueue* queue) {
return queue->front == -1;
}
// 判断顺序队列是否已满
int isSequentialQueueFull(SequentialQueue* queue) {
return (queue->rear + 1) % MAX_SIZE == queue->front;
}
// 入队
void enqueueSequentialQueue(SequentialQueue* queue, int data) {
if (isSequentialQueueFull(queue)) {
printf("Error: Queue is full\n");
return;
}
if (isSequentialQueueEmpty(queue)) {
queue->front = 0;
queue->rear = 0;
} else {
queue->rear = (queue->rear + 1) % MAX_SIZE;
}
queue->data[queue->rear] = data;
}
// 出队
int dequeueSequentialQueue(SequentialQueue* queue) {
if (isSequentialQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
int data = queue->data[queue->front];
if (queue->front == queue->rear) {
queue->front = -1;
queue->rear = -1;
} else {
queue->front = (queue->front + 1) % MAX_SIZE;
}
return data;
}
// 获取队首元素
int peekSequentialQueue(SequentialQueue* queue) {
if (isSequentialQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
return queue->data[queue->front];
}
// 示例代码的主函数
int main() {
SequentialQueue queue;
initSequentialQueue(&queue);
enqueueSequentialQueue(&queue, 10);
enqueueSequentialQueue(&queue, 20);
enqueueSequentialQueue(&queue, 30);
printf("Peek: %d\n", peekSequentialQueue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeueSequentialQueue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeueSequentialQueue(&queue));
printf("Peek: %d\n", peekSequentialQueue(&queue));
enqueueSequentialQueue(&queue, 40);
printf("Peek: %d\n", peekSequentialQueue(&queue));
return 0;
}
