数据结构day04（队列 Queue 循环队列、链式队列）

目录

【1】队列 Queue

1》 队列的定义

 2》循环队列

3》链式队列 

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【1】队列 Queue

1》 队列的定义

队列（queue）是只允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。
队列是一种先进先出（First In First Out）的线性表，简称FIFO。允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端称为队头。

队头（Front）：允许删除的一端，又称队首。
队尾（Rear）：允许插入的一端。
空队列：不包含任何元素的空表。

队列包括顺序队列(循环队列)、链式队列。

结构：先进先出FIFO

操作：创建、入列、出列、判空和判满。

注意：为了避免假溢出问题，即队列前面还有空闲，但是队尾已经出现越界，所以在实际使用队列时，为了使队列空间能重复使用，往往对队列的使用方法稍加改进，需要引入循环队列。

 2》循环队列

解决假溢出的方法就是后面满了，就再从头开始，也就是头尾相接的循环。我们把队列的这种头尾相接的顺序存储结构称为循环队列。当队首指针Q->front = MAXSIZE-1后，再前进一个位置就自动到0，这可以利用除法取余运算（%）来实现。

初始时：Q->front = Q->rear=0。
队首指针进1：Q->front = (Q->front + 1) % MAXSIZE。
队尾指针进1：Q->rear = (Q->rear + 1) % MAXSIZE。
队列长度：(Q->rear - Q->front + MAXSIZE) % MAXSIZE。

出队入队时，指针都按照顺时针方向前进1，如下图所示：

 代码展示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define N 10typedef int data_t; // 重定义int类型
typedef struct queue
{data_t data[N]; //循环队列存数据的数组int front;      // 队头元素的下标int rear;       // 队尾元素的下标
} Que_t, *Que_p;    // 重定义队列结构体类型/*创建空队列*/
Que_p Create()
{Que_p p = (Que_p)malloc(sizeof(Que_t));//开辟循环队列结构体大小空间if (NULL == p)//容错判断{perror("malloc lost\n");}//结构体初始化p->front = 0;//队头下标置0p->rear = 0;//队尾下标置0return p;//返回队列指针
}/*判满*/
//思想上，舍去数组上的最后一个存储位置,用于判断队列是否为满，即这个位置不存数据
int Full(Que_p p)
{return (p->rear + 1) % N == p->front;//通过取余法，让p_rear在0-N 之间循环起来，当p_rear再次等于p_front时就是队列满的时候
}/*入队列*/
int Push(Que_p p, int data)
{if (Full(p))//判满，容错判断{printf("Queue is Full\n");return -1;}p->data[p->rear] = data;//在队尾下标的数组位置插入要插入的数据p->rear = (p->rear + 1) % N;//让队尾下标再0-N 之间进行循环加一
}/*判空*/
int Empty(Que_p p)
{return p->rear == p->front;//当队尾下标等于队头下标时，就像刚开辟空队列时一样，队列为空
} /*出队列*/
int Pop(Que_p p)
{if (Empty(p))//判空，容错判断{printf("Queue is Empty\n");return -1;}while (p->front < p->rear){printf("%d ", p->data[p->front]);//打印队头下标的数组元素数据p->front = (p->front + 1) % N;//让队头下标在0-N 之间循环加一}printf("\n");
}/*求长度*/
int Length(Que_p p)
{return (p->rear - p->front + N) % N;//两种情况 1.rear在front后面 长度就是rear - front//        2.rear在front的前面  长度就是rear - front + N //这两种情况最终可以用(p-rear - p->front + N)% N来表示（取余法）
}int main(int argc, char const *argv[])
{Que_p H = Create();//创空循环队列for (int i = 0; i < 9; i++)//循环调用入队列函数，入队列{Push(H, i);}printf("队列的长度： %d\n",Length(H));//调用求队列的长度函数printf("出队列：");Pop(H);//调用出队列函数 先进先出 return 0;
}

代码展示：

循环队列，如果数组的元素个数为N，那么队列中最多能够存储的数据数的多少？ N-1个  

为什么？

答：rear 后面 队尾，在插入的时候，插入之前需要先判断 rear+1，也就是他的下一个为位置是否 等于 front 来判断队列是否为满，会造成浪费一个存储位置。

3》链式队列 

创建空队列：

 入队：

出队：

 

 代码展示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct node // 定义一个结构体，存放的是节点的数据域和指针域
{int data;          // 数据域struct node *next; // 指针域
} Node_t, *Node_p;     // 重定义结构体数据类型和指针typedef struct link // 定义一个结构体，存放的是指向队头和队尾的node结构体指针
{Node_p front;  // 队头指针Node_p rear;   // 队尾指针
} Link_t, *Link_p; // 重定义/*创建空的队列，并创建一个指针结构体指向队列的头*/
Link_p Create()
{Link_p p = (Link_p)malloc(sizeof(Link_t)); // 开辟堆区空间存放一个存放指针的结构体，让该指针类型的指针接受该内存空间if (NULL == p)                             // 容错判断{printf("malloc lost\n");return NULL;}p->front = p->rear = (Node_p)malloc(sizeof(Node_t)); // 让上一个结构体内的两个指针都指向开辟的一个存放节点的堆区空间if (NULL == p->front)                                // 容错判断{printf("malloc lost\n");return NULL;}p->front->next = NULL; // 通过存放指针的结构体找到节点的指针域next，并初始化为NULLreturn p;
}/*入队列*/
int Push(Link_p p, int data)
{Node_p p_new = (Node_p)malloc(sizeof(Node_t)); // 让一个新的node类型的指针指向开辟的新的节点堆区空间if (NULL == p_new)                             // 容错判断{printf("malloc lost\n");return -1;}p_new->data = data; // 新节点数据域初始化p_new->next = NULL; // 新节点指针域初始化p->rear->next = p_new; // 将新节点链接到队列中p->rear = p_new;       // 让队尾移动到新节点位置
}/*判空*/
int Empty(Link_p p)
{return p->front == p->rear; // 当队头和队尾重合时 说明队列是空的
}/*出队列*/
int Pop(Link_p p)
{if (Empty(p)) // 判空{printf("queue is Empty\n");return -1;}while (p->front < p->rear) // 当队头没到达队尾的位置，就进入循环{Node_p p_del = NULL;           // 定义一个指针p_del,初始化为NULLp_del = p->front;              // 让该指针指向队头p->front = p->front->next;     // 队头往后移动printf("%d ", p->front->data); // 打印当前队头的数据free(p_del);                   // 释放掉怕p_del所指的节点p_del = NULL;                  // 置空，以防野指针}
}/*队列的长度*/
int Length(Link_p p)
{int len = 0;//定义一个变量保存队列长度Node_p q = p->front->next;//定义一个结构体指针，指向头节点的下一个节点while (q != NULL)//当q不为NULL，进入循环{len++;//队列长度加一q = q->next;//q指针指向下一个节点}return len;//返回队列长度
}
int main(int argc, char const *argv[])
{Link_p H = Create();        // 创建一个空结构体for (int i = 0; i < 6; i++) // 循环调用入队列函数Push(H, i);printf("队列的长度： %d\n", Length(H));printf("出队列： ");Pop(H); // 调用出队列函数  队列：先入先出printf("\n");return 0;
}

运行结果：

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 今天的分享就到这里结束啦，如果有哪里写的不好的地方，请指正。
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