【数据结构算法经典题目刨析(c语言)】使用数组实现循环队列(图文详解)

news2024/12/24 20:05:12

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⏩ 文章专栏:数据结构经典题目刨析(c语言)

目录

一.题目描述 

二.解题思路  

1.循环队列的结构定义 

2.队列初始化 

3.判空 

4.判满 

5.入队列 

6.出队列 

7.取队首元素 

8.取队尾元素

三.完整代码实现 

 Circular_Queue.h  

Circular_Queue.c  


 

一.题目描述 

二.解题思路  

1.循环队列的结构定义 

包含

  • 指向数组的指针,这是循环队列的底层结构
  • 指向队首和队尾的整型变量front和rear
  • 循环队列的空间大小k

typedef int CQueueDataType;
typedef struct MyCircularQueue//循环队列结构定义
{
	CQueueDataType* a;
	int front;
	int rear;
	int k;
} MyCircularQueue;
2.队列初始化 

动态开辟一块循环队列结构体大小的空间
为数组指针的指向地址分配一块动态申请的内存,大小为k+1个空间,但实际使用k个(不申请k个是为了区别队列空和队列满,保留一个空间)
front和rear初始为0(要注意rear初始为0,意味着指向的是队尾的下一个元素)
k初始化为输入的值
最后返回该队列的地址

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) //循环队列初始化
{
	MyCircularQueue* tmp = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
	tmp->a = (CQueueDataType*)malloc(sizeof(CQueueDataType) * (k + 1));
	tmp->front = tmp->rear = 0;
	tmp->k = k;
	return tmp;
}
3.判空 
  • 对形参接收的地址判空
  • 然后返回front==rear的结果

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) //判空
{
	assert(obj);
	return obj->front == obj->rear;
}
4.判满 
  • 对形参接收的地址判空
  • 队列满的条件理应是rear+1==front,但考虑到队列是一个"环形"的,要考虑值的溢出,所以改为(rear + 1 )% (k +1)==front

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) //判满
{
	assert(obj);
	return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1)==(obj->front);
}
5.入队列 

  • 首先对形参接收的地址判空
  • 然后判断队列是否满
  • 如果有空间可用的话,在rear指向的位置插入数据
  • 调整rear的位置,向后移动注意考虑循环的问题(rear+1)%(k+1),先对rear+1再对数组长度取模

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) //入队列
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsFull(obj))
		return false;
	obj->a[obj->rear] = value;
	obj->rear = (obj->rear + 1) % (obj->k + 1);
	return true;
}
6.出队列 

  • 首先对形参接收的地址判空
  • 然后判断队列是否为空
  • 如果有数据可出的话,直接调整front的位置即可(不过应当考虑循环值溢出的问题)(front+1)%(k+1)
  • 先对front+1再对数组长度取模

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) //出队列
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
		return false;
	obj->front = (obj->front + 1) % (obj->k + 1);
	return true;
}
7.取队首元素 

  • 首先对形参接收的地址判空
  • 然后判断队列是否为空(空队列无数据可取)
  • 然后返回front位置的元素即可

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) //取队首元素
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
		return -1;
	return obj->a[obj->front];
}
8.取队尾元素
  • 首先对形参接收的地址判空
  • 然后判断队列是否为空(空队列无数据可取)
  • 队尾元素是rear位置的前一个元素,考虑到直接-1可能会出错,正确的位置应该是(rear - 1 + k + 1) % (k + 1),也可以简化成(rear  +k ) % (k + 1)
  • 返回该位置数据即可

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) //取队尾元素
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
		return -1;
	return obj->a[(obj->rear - 1 + obj->k + 1) % (obj->k + 1)];
}

三.完整代码实现 

 Circular_Queue.h  
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
 
typedef int CQueueDataType;
typedef struct MyCircularQueue//循环队列结构定义
{
	CQueueDataType* a;
	int front;
	int rear;
	int k;
} MyCircularQueue;
 
 
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k); //循环队列初始化
 
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value);//入队列
 
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj);//出队列
 
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj);//取队首元素
 
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj); //取队尾元素
 
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj); //判空
 
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);//判满
 
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj); //循环队列销毁
Circular_Queue.c  
#include"Circular_Queue.h"
 
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) //循环队列初始化
{
	MyCircularQueue* tmp = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
	tmp->a = (CQueueDataType*)malloc(sizeof(CQueueDataType) * (k + 1));
	tmp->front = tmp->rear = 0;
	tmp->k = k;
	return tmp;
}
 
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) //入队列
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsFull(obj))
		return false;
	obj->a[obj->rear] = value;
	obj->rear = (obj->rear + 1) % (obj->k + 1);
	return true;
}
 
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) //出队列
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
		return false;
	obj->front = (obj->front + 1) % (obj->k + 1);
	return true;
}
 
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) //取队首元素
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
		return -1;
	return obj->a[obj->front];
}
 
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) //取队尾元素
{
	assert(obj);
	if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
		return -1;
	return obj->a[(obj->rear - 1 + obj->k + 1) % (obj->k + 1)];
}
 
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) //判空
{
	assert(obj);
	return obj->front == obj->rear;
}
 
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) //判满
{
	assert(obj);
	return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1)==(obj->front);
}
 
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) //循环队列销毁
{
	free(obj->a);
	obj->front = obj->rear = 0;
	obj->k = 0;
	free(obj);
	obj = NULL;
}

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