循环队列的介绍与实现

文章目录

1 循环队列定义
2 循环队列基本操作
3 循环队列代码实现
4 补充

1 循环队列定义

循环队列：即顺序存储的队列，是为了避免“假溢出”而利用%运算符将队列首尾相接连成一个环状的队列，称为循环队列。

引入循环队列克服顺序队列中存在的“假上溢”现象。

假上溢：

因为在入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。因此，尽管队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模，但也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作。该现象称为“假上溢”。
简而言之就是数组中有空位置却不能再做入队，出队操作

2 循环队列基本操作

队空与队满
为什么要分析队空队满的条件？

循环队列是顺序存储的队列，而顺序队列在做入队时要先判断队列是否已满，即是否已经用完预分配的空间，出队时要判断队列是否已空。

约定：

front指向队列中实际头元素的位置
rear 指向队列中实际尾元素的后一位置

入队

rear=（rear+1）%MAXSIZE
queue[rear]=x

出队

front=（front+1）%MAXSIZE
x=queue[front]

队空：front==rear

队满：front==(rear+1)% MAXSIZE

3 循环队列代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define MAXSZIE (20)typedef int ElementType;
typedef struct SqQueue {ElementType data[MAXSZIE];int front;int rear;
} *Queue;Queue InitQueue(void)
{Queue Q = (Queue)malloc(sizeof(struct SqQueue));Q->front = 0;Q->rear = 0;return Q;
}int IsEmpty(Queue Q)
{return Q->front == Q->rear;
}int IsFull(Queue Q)
{return (Q->rear + 1) % MAXSZIE == Q->front;
}void EnQueue(Queue Q, ElementType e)
{if (IsFull(Q)) {return;}Q->data[Q->rear] = e;Q->rear = (Q->rear + 1) % MAXSZIE;
}void DeQueue(Queue Q, ElementType *e)
{if (IsEmpty(Q)) {return;}*e = Q->data[Q->front];Q->front = (Q->front + 1) % MAXSZIE;
}int main(void)
{ElementType e;Queue Q = InitQueue();srand((unsigned)time(NULL));for (int i = 0; i < 10; i++) {e = rand() % 100;EnQueue(Q, e);}while (!IsEmpty(Q)) {DeQueue(Q, &e);printf("%d ", e);}
}

4 补充

为什么要设计堆栈？它有什么独特用途？

① 调用函数或子程序非它莫属；
② 递归运算的有力工具；
③ 用于保护现场和恢复现场；
④ 简化了程序设计的问题。

为什么要设计队列？它有什么独特用途？

① 离散事件的模拟（模拟事件发生的先后顺序,例如 CPU芯片中的指令译码队列）；
② 操作系统中的作业调度（一个CPU执行多个作业）；
③ 简化程序设计。

什么叫“假溢出” ？如何解决？

答：在顺序队中，当尾指针已经到了数组的上界，不能再有入队操作，但其实数组中还有空位置，这就叫“假溢出”。
解决假溢出的途径———采用循环队列。

线性表、栈、队的异同点：

相同点：

逻辑结构相同，都是线性的；都可以用顺序存储或链表存储；栈和队列是两种特殊的线性表，即受限的线性表（只是对插入、删除运算加以限制）。

不同点：

① 运算规则不同：线性表为随机存取；
而栈是只允许在一端进行插入和删除运算，因而是后进先出表LIFO；
队列是只允许在一端进行插入、另一端进行删除运算，因而是先进先出表FIFO。
② 用途不同：线性表比较通用；堆栈用于函数调用、递归和简化设计等；队列用于离散事件模拟、OS作业调度和简化设计等。

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