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队列的实现及相关操作

队列的实现及相关操作

作者: Jorunk | 来源:发表于2020-01-26 20:31 被阅读0次
  • 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。
  • 与栈相反,队列是一种先进先出(First In First Out, FIFO)的线性表。
  • 与栈相同的是,队列也是一种重要的线性结构,实现一个队列同样需要顺序表或链表作为基础。



typedef struct QNode {
    ElemType data;      
     struct QNode *next;
} QNode, *QueuePrt;

typedef struct {
    QueuePrt front, rear; // 队头、尾指针
} LinkQueue;

  • 我们将队头指针指向链队列的头结点,而队尾指针指向终端结点。(注:头结点不是必要的,但为了方便操作,我们加上了。)


  • 空队列时,front和rear都指向头结点。


  • 创建一个队列要完成两个任务:一是在内存中创建一个头结点,二是将队列的头指针和尾指针都指向这个生成的头结点,因为此时是空队列。
initQueue(LinkQueue *q)
{
    q->front=q->rear=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
    if( !q->front )
        exit(0);
    q->front->next = NULL;
}


InsertQueue(LinkQueue *q, ElemType e)
{
    QueuePtr p;
    p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
    if( p == NULL )
        exit(0);
    p->data = e;
    p->next = NULL;
    q->rear->next = p;
    q->rear = p;
}

  • 出队列操作是将队列中的第一个元素移出,队头指针不发生改变,改变头结点的next指针即可。
  • 出队列的操作过程如下:


  • 如果原队列只有一个元素,那么我们就应该处理一下队尾指针。
DeleteQueue(LinkQueue *q, ELemType *e)
{
    QueuePtr p;
    if( q->front == q->rear )
        return;
    p = q->front->next;
    *e = p->data;
    q->front->next = p->next;
    if( q->rear == p )
        q->rear = q->front;
    free(p);
}

  • 由于链队列建立在内存的动态区,因此当一个队列不再有用时应当把它及时销毁掉,以免过多地占用内存空间。
DestroyQueue(LinkQueue *q)
{
    while( q->front ) {
        q->rear = q->front->next;
        free( q->front );
        q->front = q->rear;
}
}


  • 入队列操作其实就是在队尾追加一个元素,不需要任何移动,时间复杂度为O(1)。出队列则不同,因为我们已经架设下标为0的位置是队列的队头,因此每次出队列操作所有元素都要向前移动。


  • 解决假溢出的办法就是如果后面满了,就再从头开始,也就是头尾相接的循环。
  • 循环队列它的容量是固定的,并且它的队头和队尾指针都可以随着元素入出队列而发生改变,这样循环队列逻辑上就好像是一个环形存储空间。
  • 但要注意的是,在实际的内存当中,不可能有真正的环形存储区,我们只是用顺序表模拟出来的逻辑上的循环。


  • 让front或rear指针不断加1,即时超出了地址范围,也会自动从头开始。我们可以采取取模运算处理:
    • (rear+1) % QueueSize
    • (front+1) % QueueSize
  • 取模就是取余数的意思,他取到的值永远不会大于除数


定义一个循环队列
#define MAXSIZE 100
typedef struct
{
    ElemType *base; // 用于存放内存分配基地址
            // 这里你也可以用数组存放
    int front;
    int rear;
}

initQueue(cycleQueue *q)
{
    q->base = (ElemType *) malloc (MAXSIZE *                           sizeof(ElemType));
    if( !q->base )
        exit(0);
    q->front = q->rear = 0;
}

InsertQueue(cycleQueue *q, ElemType e)
{
    if( (q->rear+1)%MAXSIZE == q->front )
        return; // 队列已满
    q->base[q->rear] = e;
    q->rear = (q->rear+1) % MAXSIZE;
}

DeleteQueue(cycleQueue *q, ElemType *e)
{
    if( q->front == q->rear )
        return ; // 队列为空
    *e = q->base[q->front];
    q->front = (q->front+1) % MAXSIZE;
}

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