educoder数据结构与算法 队列 第1关:实现一个顺序存储的队列

news2024/12/28 19:55:11

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任务描述

相关知识

编程要求

测试说明

AC_Code


任务描述

本关任务:实现 step1/SeqQueue.cpp 中的SQ_IsEmptySQ_IsFullSQ_LengthSQ_InSQ_Out五个操作函数,以实现判断队列是否为空、是否为满、求队列长度、队列元素入队和出队等功能。

相关知识

队列是一个插入操作和删除操作受到限制的线性表数据结构。队列的插入和删除被限制在表的两端,即插入操作只能在表的一端进行,而删除操作只能在表的另一端进行,因此队列又称先进先出表。

顺序存储的队列

队列既可以采用顺序存储,也可以采用链接存储来实现。下面给出了一种基于顺序存储的队列实现方案:

该队列存储了 4 个元素 {56,77,15,12} ,其中 56 为队列头, 12 为队列尾。

这种实现方案将队列元素存储在一片连续的空间中,并通过datafrontrearmax四个属性元素组织成为一个结构:

  • data: 给出队列存储空间的起始地址;
  • front: 为队头指针,它指向队头元素;
  • rear: 为队尾指针,它指向下一个入队元素的存储位置;
  • max: 指明队列存储空间中最多可存储的数据元素个数。(通常为了区分队列空和满,会在队列尾留一个空数据单元,此时队列最多可放max-1个数据元素)

特别说明:空间的开始地址为data,连续空间里的位置编号从data所指的开始位置起,到该空间的结束位置,编号依次是0,1,2,…,max-1。在图1的示例中max=6。下一个出队元素(这里是队列的头结点)所存储的位置编号用front给出,下一个入队元素应存储的位置编号用rear给出。

基于这些属性要素组织成的队列结构如下所示:

  1. struct SeqQueue {
  2. T* data; // 指向数据元素数组的指针
  3. int front; // 下一个出队元素的数组下标
  4. int rear; // 下一个入队元素应该存放的单元的数组下标
  5. int max; // 队列中最多可放max-1个数据元素,留一个空数据单元以区分空和满
  6. };

为了大家更好地理解队列空、队列满以及入队和出队操作,相关知识介绍如下:

  • 队列为空的判断:当frontrear相等时,队列为空。

  • 队列为满的判断:当front=0,rear=max-1或者front=rear+1时,队列为满。

  • 出队操作:出队操作的前提是队列不为空。每出队一个元素(将front处的元素出队),就将front加 1 ;加 1 后,如果front超出最后一个位置max-1,就将front重新设置为 0 。

  • 入队操作:入队操作的前提是队列不为满。每入队一个元素(新元素存储在rear处),就将rear加 1 ;加 1 后,如果rear超出最后一个位置max-1,就将rear重新设置为 0 。

同时为了讨论简单,我们假设队列元素的数据类型为整数:

  1. typedef int T; // 队列元素的数据类型

据此,只要给定指向该结构的一指针sq,就可对队列进行出队入队操作。

  • 在给定图1的状态下,连续 2 次出队操作,这时的状态则变为如图 2 所示的状态。

  • 在给定图 2 的状态下,连续 2 次入队操作(依次入队 23 、78 ),这时的状态则如图 3 所示。

顺序队列的主要操作

对数据元素进行操作处理是一个数据结构的重要组成部分。队列涉及的主要操作如下:

  • 创建队列:创建一个最多可以存储maxlen个元素的顺序队列。具体操作函数定义如下: SeqQueue* SQ_Create(int maxlen)

  • 释放队列空间:释放队列所占用的空间,以删除队列。具体操作函数定义如下: void SQ_Free(SeqQueue* sq)

  • 置空队列:将队列置空。具体操作函数定义如下: void SQ_MakeEmpty(SeqQueue* sq)

  • 判断队列是否为空:若队列为空,则返回true,否则返回false。具体操作函数定义如下: bool SQ_IsEmpty(SeqQueue* sq)

  • 判断队列是否为满:若队列满,则返回true,否则返回false。具体操作函数定义如下: bool SQ_IsFull(SeqQueue* sq)

  • 求队列长度:获取队列的长度。具体操作函数定义如下: int SQ_Length(SeqQueue* sq)

  • 将元素 x 入队:将 x 入队,若入队失败(队列满),则返回false,否则返回true。具体操作函数定义如下: bool SQ_In(SeqQueue* sq, T x)

  • 从队列sq出队一个元素:item为出队的元素的值。若出队成功(队列不为空),则返回true;否则(队列空),返回false,此时item不会返回有效值。具体操作函数定义如下: bool SQ_Out(SeqQueue* sq, T& item)

  • 获取队列头结点元素:返回时head保存头结点元素。若获取失败(队列空),则返回值为false,否则返回值为true。具体操作函数定义如下: bool SQ_Head(SeqQueue* sq, T& head)

  • 打印队列元素:依次打印出队列中的每个元素。具体操作函数定义如下: void SQ_Print(SeqQueue* sq)

编程要求

本关任务是实现 step1/SeqQueue.cpp 中的SQ_IsEmptySQ_IsFullSQ_LengthSQ_InSQ_Out五个操作函数,以实现判断队列是否为空、是否为满、求队列长度、队列元素入队和出队等功能。具体要求如下:

  • SQ_IsEmpty:判断队列是否为空,若队列为空,则返回true,否则返回false

  • SQ_IsFull:判断队列是否为满,若队列满,则返回true,否则返回false

  • SQ_Length:获取队列的长度。

  • SQ_In:将 x 入队,若入队失败(队列满),则返回false,否则返回true

  • SQ_Out:从队列出队一个元素,若出队成功(队列不为空),则返回true;否则(队列空),返回false

  • 输入输出格式请参见后续说明及测试样例

注意:本关必读中提及的其他操作已经由平台实现,你在实现本关任务的五个操作函数时,在函数体内可调用其他操作。 本关涉及的代码文件 SeqQueue.cpp 中的 5 个操作函数的代码框架如下:

 
  1. bool SQ_IsEmpty(SeqQueue* sq)
  2. // 判断队列是否为空,为空返回true,否则返回false。
  3. {
  4. // 请在这里补充代码,完成本关任务
  5. /********** Begin *********/
  6. /********** End **********/
  7. }
 
  1. bool SQ_IsFull(SeqQueue* sq)
  2. // 判断队列是否为满。为满返回true,否则返回false。
  3. {
  4. // 请在这里补充代码,完成本关任务
  5. /********** Begin *********/
  6. /********** End **********/
  7. }
 
  1. int SQ_Length(SeqQueue* sq)
  2. // 队列长度
  3. {
  4. // 请在这里补充代码,完成本关任务
  5. /********** Begin *********/
  6. /********** End **********/
  7. }
 
  1. bool SQ_In(SeqQueue* sq, T x)
  2. // 将x入队。若入队失败(队列满),则返回false,否则返回true。
  3. {
  4. // 请在这里补充代码,完成本关任务
  5. /********** Begin *********/
  6. /********** End **********/
  7. }
 
  1. bool SQ_Out(SeqQueue* sq, T& item)
  2. // 从队列sq出队一个元素,返回时item为出队的元素的值。若出队成功(队列不为空),则返回true,否则(队列空),返回false,此时item不会返回有效值。
  3. {
  4. // 请在这里补充代码,完成本关任务
  5. /********** Begin *********/
  6. /********** End **********/
  7. }

测试说明

本关的测试文件是 step1/Main.cpp ,负责对你实现的代码进行测试。具体代码如下:

 
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include "SeqQueue.h"
  4. #include <string.h>
  5. #pragma warning(disable:4996)
  6. void main()
  7. {
  8. int maxlen;
  9. scanf("%d", &maxlen);
  10. SeqQueue* sq=SQ_Create(maxlen);
  11. char dowhat[100];
  12. while(true) {
  13. scanf("%s", dowhat);
  14. if (!strcmp(dowhat,"in")) {
  15. T x;
  16. scanf("%d", &x);
  17. SQ_In(sq,x);
  18. }else if (!strcmp(dowhat,"out")) {
  19. T item;
  20. SQ_Out(sq, item);
  21. }
  22. else {
  23. break;
  24. }
  25. }
  26. int length=SQ_Length(sq);
  27. printf("Queue length: %d\n", length);
  28. printf("Queue data: ");
  29. SQ_Print(sq);
  30. system("PAUSE");
  31. SQ_Free(sq);
  32. }

注意:step1/Main.cpp 的代码不能被修改。

输入输出说明: 输入格式: 首先输入一个值 len ,测试程序创建一个可以存储 len 个数据元素的队列。然后输入多个操作:如果输入 “in” ,则后面跟一个数 x ,表示 x 入队列;如果输入 “out” ,表示出队列操作;如果输入 “end” ,表示输入结束。

输出格式: 先输出队列长度,然后从队头到队尾依次输出队列的各元素。

以下是平台对step1/Main.cpp的测试样例: 样例输入: 5 in 1 in 3 in 5 in 9 in 12 out end 样例输出 Queue length: 4 Queue data: 3 5 9 12


开始你的任务吧,祝你成功!

人生,最宝贵的莫过于光阴。人生,最璀璨的莫过于事业。人生,最快乐的莫过于奋斗。

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AC_Code

**************************************************************/
// 循环顺序的队列实现文件
/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "SeqQueue.h"

SeqQueue* SQ_Create(int maxlen)
// 创建顺序队列, 队列最多存储maxlen个队列元素。
{
    SeqQueue* sq=(SeqQueue*)malloc(sizeof(SeqQueue));
    sq->data=(T*)malloc(sizeof(T)*(maxlen+1));
    sq->front=sq->rear=0;
    sq->max=maxlen+1;
    return sq;
}

void SQ_Free(SeqQueue* sq)
// 释放队列空间,以删除队列。
{
    free(sq->data);
    free(sq);
}

void SQ_MakeEmpty(SeqQueue* sq)
// 将队列置空。
{
    sq->front=0;
    sq->rear=0;
}

bool SQ_IsEmpty(SeqQueue* sq)
// 判断队列是否为空,为空返回true,否则返回false。
{
    // 请在Begin-End之间补充代码,完成队列是否为空的判断。
    /********** Begin *********/
    return sq->front == sq->rear;//当front与rear相等时,队列为空。
    /********** End **********/
}

bool SQ_IsFull(SeqQueue* sq)
// 判断队列是否为满。为满返回true,否则返回false。
{
    // 请在Begin-End之间补充代码,完成队列是否为满的判断。
    /********** Begin *********/
    if((sq->rear+1)%(sq->max)==(sq->front))
    return true;
    /********** End **********/
}

int SQ_Length(SeqQueue* sq)
// 队列长度。
{
    // 请在Begin-End之间补充代码,获取队列长度。
    /********** Begin *********/
     return (sq->rear-sq->front+sq->max)%sq->max;

    /********** End **********/
}

bool SQ_In(SeqQueue* sq, T x)
// 将x入队。若入队失败(队列满),则返回false,否则返回true。
{
    // 请在Begin-End之间补充代码,将 x 入队。
    /********** Begin *********/
    if((sq->rear+1)%sq->max==sq->front)
        return false;
    T* head=sq->data;
    head[sq->rear]=x;//新元素插入队尾
    sq->rear=(sq->rear+1)%sq->max;//队尾指针加1


    /********** End **********/
}

bool SQ_Out(SeqQueue* sq, T& item)
// 从队列sq出队一个元素,返回时item为出队的元素的值。若出队成功(队列不为空),则返回true,否则(队列空),返回false,此时item不会返回有效值。
{
    // 请在Begin-End之间补充代码,完成元素出队操作。
    /********** Begin *********/
     if(sq->front==sq->rear)  return false;
    T*head=sq->data;//做的时候出错的地方
    item=head[sq->front];//保留队头的元素
    sq->front=(sq->front+1)%sq->max;//很容易遗漏的一点,队头指针需要加1
    return true;

    /********** End **********/
}

bool SQ_Head(SeqQueue* sq, T& head)
// 获取队列头结点元素,返回时head保存头结点元素。
// 若获取失败(队列空),则返回值为false,否则返回值为true。
{
    if ( SQ_IsEmpty(sq) ){
        return false;
    }
    else {
        head = sq->data[sq->front];
        return true;
    }
}

void SQ_Print(SeqQueue* sq)
// 依次打印出队列中的每个元素。
{
    int i=sq->front;
    if (SQ_IsEmpty(sq)) {
        printf("queue is emtpy");
        return;
    }
    for (i=sq->front; i!=sq->rear; i=(i+1)%sq->max) {
        printf("%d  ", sq->data[i]);
    }
    printf("\n");
}

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