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一、队列

1、队列原理

队列是限制在两端进行插入操作和删除操作的线性表

允许进行存入操作的一端称为“队尾”

允许进行删除操作的一端称为“队头”

当线性表中没有元素时，称为“空队”

特点 ：先进先出（FIFO）

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2、队列演示

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二、顺序队列

>1、顺序队列原理

规定：

front指向队头元素的位置; rear指向队尾元素的下一个位置。

在队列操作过程中，为了提高效率，以调整指针代替队列元素的移动，并将数组作为循环队列的操作空间。
为区别空队和满队，满队元素个数比数组元素个数少一个。

因此顺序队列的结构体定义为：

#define DEBUG 1   //1-打开debug，0关闭debug
typedef  int  data_t ;    /*定义队列中数据元素的数据类型*/
#define  N  64      /*定义队列的容量*/
typedef  struct {data_t  data[N] ;   /*用数组作为队列的储存空间*/int  front, rear ;     /*指示队头位置和队尾位置的指针*/
} s_queue,*squeue ;          /*顺序队列类型定义*/

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>2、顺序队列的创建

/*** @description: 顺序队列的创建* @param {*}* @return {squeue-队列指针}*/
squeue squeue_create()
{squeue queue = (squeue)malloc(sizeof(s_queue));if(queue == NULL){#if DEBUGprintf("squeue create error!\n");#endifreturn 0;}memset(queue->data,0,sizeof(queue->data));  queue->front = queue->rear =0;return queue;
}

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>3、顺序队列的入队

/*** @description: 入顺序队列* @param {squeue} queue-队列指针* @param {data_t} value-入队列的值* @return {0-函数失败，1-函数成功}*/
int squeue_enter(squeue queue, data_t value)
{if(queue == NULL){#if DEBUGprintf("squeue create error!\n");#endifreturn 0;}if((queue->rear+1)%N == queue->front){#if DEBUGprintf("squeue already full!\n");#endifreturn 0;}queue->data[queue->rear] = value;queue->rear = (queue->rear+1)%N;  //取余可以是值满后回到0return 1;
}

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>4、顺序队列的出队

/*** @description:出队列 * @param {squeue} queue-队列指针* @return {0-函数失败，value-出队列单元储存的值}*/
int squeue_out(squeue queue)
{   data_t value;if(queue == NULL){#if DEBUGprintf("squeue create error!\n");#endifreturn 0;}if(queue->front == queue->rear){#if DEBUGprintf("squeue is empty!\n");#endifreturn 0;}value = queue->data[queue->front];queue->data[queue->front] = 0;queue->front = (queue->front+1)%N;return value;
}

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>5、顺序队列的释放

/*** @description: 队列释放* @param {squeue} queue-队列指针* @return {0-函数失败，1-函数成功}*/
int squeue_free(squeue queue)
{if(queue == NULL){#if DEBUGprintf("squeue create error!\n");#endifreturn 0;}free(queue);return 1;
}

---

>6、顺序队列的清空

/*** @description: 队列清空* @param {squeue} queue-队列指针* @return {0-函数失败，1-函数成功}*/
int squeue_clear(squeue queue)
{if(queue == NULL){#if DEBUGprintf("squeue create error!\n");#endifreturn 0;}memset(queue->data,0,sizeof(queue->data));queue->front = queue->rear = 0;return 1;
}

---

>7、队列是否为空的判断

/*** @description: 判断队列是否为空* @param {squeue} queue-队列指针* @return {-1-函数失败，1-队列为空，0-队列不为空}*/
int squeue_empty(squeue queue)
{if(queue == NULL){#if DEBUGprintf("squeue create error!\n");#endifreturn -1;}return queue->front == queue->rear? 1:0;
}

---

>8、队列是否为满的判断

/*** @description: 判断队列是否满* @param {squeue} queue* @return {-1-函数失败，1-队列满，0-队列不满}*/
int squeue_full(squeue queue)
{if(queue == NULL){#if DEBUGprintf("squeue create error!\n");#endifreturn -1;}if((queue->rear+1)%N == queue->front)return 1;elsereturn 0;
}

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三、链表队列

>1、链表队列的原理

插入操作在队尾进行，删除操作在队头进行，由队头指针和队尾指针控制队列的操作。

因此链表队列的结构体定义为：

#define DEBUG 1typedef int data_t;
typedef struct node
{data_t data;struct node *next;
}linklist_t,*linklist;
typedef struct
{linklist front,rear;
}listqueue,*linkqueue;

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>2、链表队列的操作演示

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>3、链表队列的创建

/*** @description: 链表队列创建* @param {*}* @return {lq-链表队列地址}*/
linkqueue linkqueue_create()
{linkqueue lq = (linkqueue)malloc(sizeof(listqueue)); if(lq  == NULL){#if DEBUGprintf("linkqueue create error!\n");#endifreturn 0;}lq->front = lq->rear = (linklist)malloc(sizeof(linklist_t));if(lq->front == NULL || lq->rear == NULL){    #if DEBUGprintf("linkqueue create error!\n");#endifreturn 0;}lq->front->data = 0;lq->front->next = NULL;return lq;
}

---

>4、链表队列的入队

/*** @description: 链表队列入队* @param {linkqueue} lq-链表队列指针* @param {data_t} value-入队列的值* @return {0-函数失败，1-函数成功}*/
int linkqueue_enter(linkqueue lq, data_t value)
{linklist node = (linklist)malloc(sizeof(linklist_t));if(lq == NULL){#if DEBUGprintf("lq is NULL!\n");#endifreturn 0;}if(node == NULL){  #if DEBUGprintf("node create error!\n");#endifreturn 0;}lq->rear->next = node;lq->rear = node;node->data = value;node->next = NULL;return 1;
}

---

>5、链表队列的出队

/*** @description:链表队列出队 * @param {linkqueue} lq-链表队列指针* @return {0-函数失败，lq->front->data-出队列的值}*/
data_t linkqueue_out(linkqueue lq)
{linklist node;if(lq == NULL){#if DEBUGprintf("lq is NULL!\n");#endifreturn 0;}if(lq->front == lq->rear){#if DEBUGprintf("lq is empty!\n");#endifreturn 0;}node = lq->front;lq->front = node->next;free(node);return lq->front->data;
}

---

>6、链表队列的释放

/*** @description: 链表队列释放* @param {linkqueue} lq-链表队列指针* @return {0-函数失败，1-函数成功}*/
int linkqueue_free(linkqueue lq)
{linklist node;if(lq == NULL){#if DEBUGprintf("lq is NULL!\n");#endifreturn 0;}while(lq->front){node = lq->front;lq->front = node->next;free(node);}free(lq);return 1;
}

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>7、链表队列的清空

/*** @description: 链表队列清空* @param {linkqueue} lq-链表队列指针* @return {0-函数失败，1-函数成功}}*/
int linkqueue_clear(linkqueue lq)
{linklist node;if(lq == NULL){#if DEBUGprintf("lq is NULL!\n");#endifreturn 0;}while(lq->front != lq->rear){node = lq->front;lq->front = node->next;free(node);}return 1;
}

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>8、判断链表队列是否为空

/*** @description:判断链表队列是否为空 * @param {linkqueue} lq-链表队列指针* @return {-1-函数失败，1-队列为空，0-队列不为空}*/
int linkqueue_empty(linkqueue lq)
{if(lq == NULL){#if DEBUGprintf("lq is NULL!\n");#endifreturn -1;}return lq->front == lq->rear? 1:0;
}

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四、链表的应用–球钟问题

1、球钟简介

球钟是一个利用球的移动来记录时间的简单装置

它有三个可以容纳若干个球的指示器：分钟指示器，五分钟指示器，小时指示器

若分钟指示器中有2个球，五分钟指示器中有6个球，小时指示器中有5个球，则时间为5:32

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2、球钟工作原理

• 每过一分钟，球钟就会从球队列的队首取出一个球放入分钟指示器，分钟指示器最多可容纳4个球。
• 当放入第五个球时，在分钟指示器的4个球就会按照他们被放入时的相反顺序加入球队列的队尾。而第五个球就会进入五分钟指示器。
• 按此类推，五分钟指示器最多可放11个球，小时指示器最多可放11个球。

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3、问题阐述

• 当小时指示器放入第12个球时，原来的11个球按照他们被放入时的相反顺序加入球队列的队尾，然后第12个球也回到队尾。
• 这时，三个指示器均为空，回到初始状态，从而形成一个循环。因此，该球钟表示时间的范围是从0：00到11：59。

问题：
现设初始时球队列的球数为27，球钟的三个指示器初态均为空。要经过多久，球队列才能恢复到原来的顺序？

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4、程序实现

这个问题我们选择顺序栈来作为指示器,链表队列作为球队列。实现代码如下：

/** @Author: your name* @Date: 2022-03-11 16:23:40* @LastEditTime: 2022-03-11 18:37:53* @LastEditors: your name* @Description: 打开koroFileHeader查看配置 进行设置: https://github.com/OBKoro1/koro1FileHeader/wiki/%E9%85%8D%E7%BD%AE* @FilePath: \ballclock\test.c*/
#include "linkqueue.h"
#include "sqstack.h"int queue_check(linkqueue lq); //检查是否队列为有序队列int main(int argc, const char *argv[])
{linkqueue lq;int i, min = 0;data_t value;sqstack *s_hour,*s_five,*s_min;lq = linkqueue_create();if(lq == NULL)return 0;s_hour = stack_create(11);  //创建储存小时球的栈if(s_hour == NULL)return 0;s_five = stack_create(11);  //创建储存5分钟球的栈if(s_five == NULL)return 0;s_min = stack_create(4);   //创建储存分钟球的栈if(s_min == NULL)return 0;for(i = 1; i < 28; i++)  //将27颗数字球放入队列内{linkqueue_enter(lq, i); }while(1){min++;value = linkqueue_out(lq);  //一分钟后取出一颗球if(!stack_full(s_min))  //若分钟栈没满stack_push(s_min, value);  //存入分钟栈内else {while(!stack_empty(s_min))  //分钟栈满了，取出栈内所有球linkqueue_enter(lq, stack_pop(s_min));if(!stack_full(s_five))  //若5分钟栈没满，下面步骤与上面类似stack_push(s_five, value);else{while(!stack_empty(s_five))linkqueue_enter(lq, stack_pop(s_five));if(!stack_full(s_hour))stack_push(s_hour, value);else{while(!stack_empty(s_hour))linkqueue_enter(lq, stack_pop(s_hour));linkqueue_enter(lq, value);if(queue_check(lq))  //检查是否队列为有序队列break;}}}}printf("min=%d\n",min);  //得到回归初始状态需要多少分钟while(!linkqueue_empty(lq))  //打印出队列值{printf("%d ",linkqueue_out(lq));}puts("");linkqueue_free(lq);stack_free(s_min);stack_free(s_five);stack_free(s_hour);return 0;
}int queue_check(linkqueue lq)
{linklist p;if(lq == NULL){printf("lq is NULL\n");return 0;}p = lq->front->next;if(p == NULL || p->next == NULL) //若队列没有值或者只有一个值return 0;while(p->next){if(p->data > p->next->data)return 0;p = p->next;}return 1;
}

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到这里就结束啦！
这里给出免费完整代码的下载链接：
队列C程序实现

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