C语言数据结构与算法--简单实现队列的入队和出队

news2024/11/27 9:00:48

（一）队列的基本概念

和栈相反，队列(Queue)是一种先进先出（First In First Out）的线性表。只允许在表的一端进行插入，而在另一端删除元素，如日常生活中的排队现象。队列中允许插入的一端叫队尾(rear)，允许删除的一端称队头(front)。假设队列为 q=(a1, a2, …, an)，则 a1 为队头元素， an 为队尾元素。队列中出队的顺序和进队顺序一致。队列的基本操作与栈类似，包括：初始化、清空、销毁、求长度、得到对头元素、插入、删除。

（二）队列的表示形式

队列的表示形式有两种：队列的链式表示、队列的顺序表示。

1．队列的链式表示

用链表来表示的队列，简称链队列。在这种表示形式中，需要两个分别指向队头（front 或 head）和队尾(rearh 或 end)的指针。与线性表的单链表类似，需要设置头结点。队列为空的条件是队头指针和队尾指针均指向头结点。实际上链队列的操作为单链表的插入和删除操作的特殊情况。

链队列插入与删除元素时的指针变化情况如下图。

2．队列的顺序表示

队列的顺序表示用一组地址连续的存储单元依次存放从队头（front）到队尾（rear）的元素。此外，还需要设置两个指针分别指向队头元素和队尾元素。初始化时 Q. front = Q.rear = 0，插入元素时尾指针加 1，删除元素时，头指针增加 1。

为保证插入新元素时不会使数组越界，并充分利用队头删除元素后的空间，可设计一个环行空间，构成循环队列。但是，凭 Q.front = Q.rear 无法判断队列是满还是空。处理方法有两种：一是设标志，二是少用一个元素空间。特点是无法用动态分配的一维数组实现循环队列。

（三）循环队列入队、出队实现思路

1．循环队列入队算法

入队算法过程为：判断队列是否已满？如果已满则退出；否则，队尾指针加 1，并在队尾插入新的元素。

2．循环队列出队算法

出队算法过程为：判断队列是否为空？如果为空则退出；否则，队头指针加 1，并删除队头元素。

（四）算法实现

队列的顺序表示

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_SIZE 12  //设置循环队列的最大存储元素个数

typedef struct {
    int* base;
    int front;
    int rear;
} queue;

//队列初始化
void InitQueue(queue* Q)
{
	//为队列分配存储空间
	Q->base = (int*)malloc(sizeof(int) * MAX_SIZE);
	Q->front = Q->rear = 0;
}
//入队操作
void InputQueue(queue* Q, int x)
{
	//判断循环队列是否已满
	if (((Q->rear + 1) % MAX_SIZE) == Q->front)
		return;
	//队列未满，将数据入队
	Q->base[Q->rear] = x;
	Q->rear = (Q->rear + 1) % MAX_SIZE;
}
//出队操作
void OutputQueue(queue* Q)
{
	if (Q->front == Q->rear)
		return;
	//如果非空，实现可循环出队
	Q->front = (Q->front + 1) % MAX_SIZE;
}

void ShowQueue(queue* Q)
{
	//遍历循环队列中的元素，并将数据打印
	for (int i = Q->front; i != Q->rear;)
	{
		printf("%d ", Q->base[i]);
		i = (i + 1) % MAX_SIZE;
	}
	printf("\n");
}

void main() {
	queue Q;
	InitQueue(&Q);
	int n;
	printf("请输入入队个数n:\n");
	scanf("%d", &n);
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		int data;
		printf("请输入第%d个入队元素：\n",i+1);
		scanf("%d", &data);
		InputQueue(&Q, data);
	}
	printf("入队:\n");
	ShowQueue(&Q);
	OutputQueue(&Q);
	printf("出队:\n");
	ShowQueue(&Q);

}

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