代码参考《妙趣横生的算法.C语言实现》

文章目录

前言
- 1、队列定义
- 2、创建一个队列
- 3、入队列
- 4、出队列
- 5、销毁一个队列
- 6、循环队列的概念
- 7、循环队列的实现
- 8、实例分析

前言

本章总结：链队列定义，创建，出队入队操作，销毁操作；循环队列的定义以及循环队列的一些基本操作

1、队列定义

队列是一种先进先出的线性表(FIFO),它要求所有的数据从队列的一端进入，从队列的另一端离开。
在队列中，允许插入数据的一端角队尾，允许数据离开的一端叫做队头。

队列是一个线性表，既可以是一个顺序表也可以是一个链表。这里重点介绍用链表实现一个队列。

typedef char ElemType ;
//队列元素类，队列中的每个元素都是QNode类
typedef struct QNode{ElemType data;         //队列结点的数据域struct QNode* next;       //队列结点的指针域
}QNode, *QueuePtr;typedef struct {QueuePtr front;           //队头指针，用来存放队头元素的地址QueuePtr rear;         //队尾指针，用来存放队尾元素的地址
}LinkQueue;
//这里定义得队列是一个链队列，队列之间的元素由指针相连，所以只要掌握了队列的队头指针和队尾指针，就可以对队列进行各种

2、创建一个队列

创建一个队列要完成两步：
1、在内存中创建一个头结点，但该头结点不是用来存放数据的，而是为了操作方便人为添加的。
2、将队列的头指针和尾指针都指向这个生成的头结点，此时队列中没有任何队列元素，该队列为空队列。
这样判断队列为空的条件就是头指针front和尾指针rear都同时指向头结点。

//创建一个空队列
void InitQueue(LinkQueue* q)
{q->front = q->rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));      //初始化一个队列指针大小的空间，并将地址传给头指针和尾指针if (!q->front){printf("内存分配失败");exit(0);}q->front->next = NULL;        //头结点指针域指向空
}

此时空队列的状态如下：

3、入队列

入队列就是讲一个QNode类型的结点从队列尾部进入队列。
每当一个队列元素插入队列，队列的尾指针都要进行修改。
队头的指针不改变。

//入队列
void EnQueue(LinkQueue* q,ElemType elem)
{QueuePtr p;p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));       //创建一个队列元素结点，并将地址传给指针pif (p == NULL){printf("分配内存失败");exit(0);}p->data = elem;           //将数据elem放到队列结点data域中p->next = NULL;q->rear->next = p;       //从队尾插入元素q->rear = p;           //修改队尾指针，注意，此时队尾指针指向空(q->rear->next = p->next =NULL)
}

入队列操作流程：

4、出队列

出队列操作就是将队列中的元素从队列的头部移除。每次从队列中一出数据时，队头指针front不改变，但是头结点的next指针要发生改变。队尾指针rear只有在(队头即队尾)的情况下才会改变，否则也不改变。

//出队列
void DeQueue(LinkQueue* q, ElemType *elem)
{QueuePtr p;//如果队列不为空，删除q的队头元素，用e返回其值if (q->front == q->rear) return;     //队列为空，返回p = q->front->next;              //p指向队列的第一个元素*elem = p->data;               //将队首元素数据传给eq->front->next = p->next;     //删除当前头结点if (q->rear == p) q->rear = q->front;      //如果此时队列为空，则修改队尾指针free(p);                       //将原本队头结点销毁
}

效果如下：
1、当队伍中存在超过1个元素

2、当队伍中只有一个元素时

5、销毁一个队列

由于队列建立在内存动态区(堆内存)，因此当一个队列不再有用时，应当把它及时销毁掉，以免占用内存空间得不到释放导致内存泄漏。
释放一块内存要做两点：1.释放指向它的指针。2.将该指针指向空

void DestroyQueue(LinkQueue* q)
{while (q->front)            //如果队列头指针还存在{q->rear = q->front->next;    //q->rear指向q->front的后继结点free(q->front);                //释放q->front,此时q->rear应该指向NULLq->front = q->rear;}
}

6、循环队列的概念

用顺序表实现的队列称为循环队列，此队列的空间是可以循环使用的。

循环队列一般来说有固定的容量。

如果不断地有元素入队列，同时又不断地有元素出队列，那么对于一般的链队列，只要队列不为空，头指针front和尾指针rear都不会改变，只有头指针的next指针和尾指针的前一个结点的next指针会发生变化，而且链队列的长度也会随着入出度列元素而不断变化。

循环队列，容量固定，队头指针和队尾指针都可以随着元素的入出队列而发生改变，这样循环队列逻辑上就是一个环形的存储空间，只要队列中有空单元未使用，就可以向队列中存放元素

所以循环队列可以作为缓冲池存储结构来存放数据。

该队列总容量为8B，实际长度为5B。这里规定循环队列头指针front始终指向队头元素，尾指针rear始终指向队尾元素的下一个空间。
这里队头元素:f,队尾元素:b，该队列实际可用空间为7B。

将队首元素f出队列，在队尾加入元素a，形成上面队列。

所以，入队列操作就是想rear指向的空间赋值，rear再指向队尾元素的下一个空间。

出队列就是将队头指针front向上移一个单元。整个循环队列逻辑上就是一个首尾相接的环形缓冲区。

7、循环队列的实现

现实中只有线性的存储单元，不存在环形存储单元。

只需要注意rear不断加1后超过循环队列的地址范围，采用取模运算处理的结果。

因此，无论是入队列的rear+1操作还是出队列的front+1操作，实际都是模加运算，即

(rear+1)%len 和(front+1)%len

/*****************************循环队列******************************************/
//定义一个循环队列
#define MAXQSIZE 100
typedef struct {ElemType* base;         //循环队列内存分配基地址int front;             //队头int rear;               //队尾
}cycleQueue;                //循环队列类cycleQueue//初始化一个循环队列
void InitcycleQueue(cycleQueue *q)
{q->base = (ElemType*)malloc(MAXQSIZE*sizeof(ElemType));//开辟MAXQSIZE个单元的顺序表作为循环队列的存储空间if (!q->base){printf("循环队列分配内存失败");exit(0);}q->front = q->rear = 0;      //空队列，front和rear都指向0号单元}
//入队列操作
void EncycleQueue(cycleQueue* q, ElemType elem)
{if ((q->rear + 1) % MAXQSIZE == q->front) return; //循环队列已满q->base[q->rear] = elem;     //将元素elem入队列，q->base为顺序表的额首地址q->rear = (q->rear + 1) % MAXQSIZE;      //队尾指针+1，注意这里的全部都是模加运算
}
//出队列操作
void DecycleQueue(cycleQueue* q, ElemType* elem)
{if (q->front == q->rear)   return;             //循环队列为空*elem = q->base[q->front];                       //取出队头元素q->front = (q->front + 1) % MAXQSIZE;           //队头指针+1
}

8、实例分析

实现一个链队列，任意输入一串字符，以@为结束标志，然后将队列中的元素逐一取出，打印出来

#include "stdio.h"
#include "malloc.h"
#include "conio.h"
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
typedef char ElemType ;
/*****************************链队列******************************************/
//队列元素类，队列中的每个元素都是QNode类
typedef struct QNode{ElemType data;         //队列结点的数据域struct QNode* next;       //队列结点的指针域
}QNode, *QueuePtr;typedef struct {QueuePtr front;           //队头指针，用来存放队头元素的地址QueuePtr rear;         //队尾指针，用来存放队尾元素的地址
}LinkQueue;
//这里定义得队列是一个链队列，队列之间的元素由指针相连，所以只要掌握了队列的队头指针和队尾指针，就可以对队列进行各种操作。、//创建一个空队列
void InitQueue(LinkQueue* q)
{q->front = q->rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));      //初始化一个队列指针大小的空间，并将地址传给头指针和尾指针if (!q->front){printf("内存分配失败");exit(0);}q->front->next = NULL;        //头结点指针域指向空
}
//入队列
void EnQueue(LinkQueue* q,ElemType elem)
{QueuePtr p;p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));       //创建一个队列元素结点，并将地址传给指针pif (p == NULL){printf("分配内存失败");exit(0);}p->data = elem;           //将数据elem放到队列结点data域中p->next = NULL;q->rear->next = p;       //从队尾插入元素q->rear = p;           //修改队尾指针，注意，此时队尾指针指向空(q->rear->next = p->next =NULL)
}
//出队列
void DeQueue(LinkQueue* q, ElemType *elem)
{QueuePtr p;//如果队列不为空，删除q的队头元素，用e返回其值if (q->front == q->rear) return;     //队列为空，返回p = q->front->next;              //p指向队列的第一个元素*elem = p->data;               //将队首元素数据传给eq->front->next = p->next;     //删除当前头结点if (q->rear == p) q->rear = q->front;      //如果此时队列为空，则修改队尾指针free(p);                       //将原本队头结点销毁
}//销毁一个队列
//释放一块内存要做两点：1.释放指向它的指针。2.将该指针指向空
void DestroyQueue(LinkQueue* q)
{while (q->front)            //如果队列头指针还存在{q->rear = q->front->next;    //q->rear指向q->front的后继结点free(q->front);                //释放q->front,此时q->rear应该指向NULLq->front = q->rear;}
}/*****************************循环队列******************************************/
//定义一个循环队列
#define MAXQSIZE 100
typedef struct {ElemType* base;         //循环队列内存分配基地址int front;             //队头int rear;               //队尾
}cycleQueue;                //循环队列类cycleQueue//初始化一个循环队列
void InitcycleQueue(cycleQueue *q)
{q->base = (ElemType*)malloc(MAXQSIZE*sizeof(ElemType));//开辟MAXQSIZE个单元的顺序表作为循环队列的存储空间if (!q->base){printf("循环队列分配内存失败");exit(0);}q->front = q->rear = 0;      //空队列，front和rear都指向0号单元}
//入队列操作
void EncycleQueue(cycleQueue* q, ElemType elem)
{if ((q->rear + 1) % MAXQSIZE == q->front) return; //循环队列已满q->base[q->rear] = elem;     //将元素elem入队列，q->base为顺序表的额首地址q->rear = (q->rear + 1) % MAXQSIZE;      //队尾指针+1，注意这里的全部都是模加运算
}
//出队列操作
void DecycleQueue(cycleQueue* q, ElemType* elem)
{if (q->front == q->rear)   return;             //循环队列为空*elem = q->base[q->front];                       //取出队头元素q->front = (q->front + 1) % MAXQSIZE;           //队头指针+1
}//测试函数
int main()
{ElemType e;LinkQueue q;InitQueue(&q);      //初始化一个队列qprintf("请输入一串字符到队列中\n");scanf("%c",&e);while (e != '@'){EnQueue(&q,e);scanf("%c", &e);}printf("队列为：\n");while (q.front != q.rear){DeQueue(&q, &e);printf("%c",e);}printf("\n");DestroyQueue(&q);      //销毁队列q_getche();return 0;
}

效果：

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