九、数据结构——顺序队列中的循环队列-Toy模板网

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数据结构中的循环队列

在数据结构中，队列（Queue）是一种常见的线性数据结构，遵循先进先出（First In First Out，FIFO）的原则。循环队列是队列的一种变体，它可以更高效地利用存储空间，并解决了普通队列可能出现的假溢出问题。本篇博客将详细介绍循环队列的定义、实现和基本操作。
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一、循环队列的定义

循环队列是通过数组或链表实现的一种队列，它将队列的首尾相连，形成一个循环。在循环队列中，队尾指针（rear）可能在队列的前面，队头指针（front）可能在队列的后面。当队列为空时，front和rear指向同一个位置。当队列满时，front和rear之间有一个空位。

二、循环队列的实现

我们可以通过数组来实现循环队列。为了更好地利用存储空间，通常会预留一个位置来区分队列是空还是满。具体来说，我们需要定义一个固定大小的数组和两个指针front和rear来表示队头和队尾。

typedef int TypeData;
typedef struct Node{
    TypeData *data;
    int front;
    int rear;
    int len;
}Queue,*Pqueue;

三、循环队列的基本操作

①初始化队列

Pqueue init_queue(Pqueue *queue, int m){
    *queue = (Pqueue)malloc(sizeof(Queue));
    if(*queue == NULL){
        return NULL;
    }
    (*queue)->data = (TypeData *)malloc(sizeof(Queue) * m);
    (*queue)->front = (*queue)->rear= 0;
    (*queue)->len = m;
    return *queue;
}

②判空

int isEmpty(Pqueue queue){
    return queue->front == queue->rear;
}

③判满

int full(Pqueue queue){
    return (queue->rear+1) % (queue->len) == (queue->front);
}

④入队

int queue_en(Pqueue queue, TypeData value){
    if(full(queue)){
        return -1;
    }
    queue->data[queue->rear] = value;
    queue->rear = (queue->rear+ 1) % (queue->len);
    return 0;
}

⑤出队

TypeData queue_de(Pqueue queue){
    if(isEmpty(queue)){
        return -1;
    }
    TypeData temp = queue->data[queue->front];
    queue->front = (queue->front + 1) % (queue->len);
    return temp;
}

⑥获取队列长度

int get_length(Pqueue queue){
#if 0
    int a = queue->rear - queue->front;
    if(a >= 0){
        return a;
    }else{
        return (a + queue->len) % (queue->len);
    }
#else 
    return (queue->rear - queue->front + queue->len) % queue->len;
#endif
}

⑦打印

void show(Pqueue queue){
    for(int i = queue->front; i != queue->rear; i = (i + 1) % queue->len){
        printf("%d ",queue->data[i]);
    }
    printf("\n");
}

四、循环队列的应用

循环队列常用于解决生产者-消费者问题，以及在需要定期缓存数据时。它还在计算机操作系统的进程调度中得到广泛应用，用于管理就绪队列。循环队列的高效性和简单性使其成为许多问题的理想解决方案。

五、全部代码

①seqqueue.h

#ifndef _SEQQUEUE_H_
#define _SEQQUEUE_H_
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef int TypeData;
typedef struct Node{
    TypeData *data;
    int front;
    int tail;
    int len;
}Queue,*Pqueue;

Pqueue init_queue(Pqueue *queue, int m);

int isEmpty(Pqueue queue);

int full(Pqueue queue);

int get_length(Pqueue queue);

int queue_en(Pqueue queue, TypeData value);

TypeData queue_de(Pqueue queue);

void show(Pqueue queue);

#endif

②seqqueue.c

#include "seqqueue.h"
Pqueue init_queue(Pqueue *queue, int m){
    *queue = (Pqueue)malloc(sizeof(Queue));
    if(*queue == NULL){
        return NULL;
    }
    (*queue)->data = (TypeData *)malloc(sizeof(Queue) * m);
    (*queue)->front = (*queue)->tail = 0;
    (*queue)->len = m;
    return *queue;
}

int isEmpty(Pqueue queue){
    return queue->front == queue->tail;
}

int full(Pqueue queue){
    return (queue->tail+1) % (queue->len) == (queue->front);
}

int get_length(Pqueue queue){
#if 0
    int a = queue->tail - queue->front;
    if(a >= 0){
        return a;
    }else{
        return (a + queue->len) % (queue->len);
    }
#else 
    return (queue->tail - queue->front + queue->len) % queue->len;
#endif
}

int queue_en(Pqueue queue, TypeData value){
    if(full(queue)){
        return -1;
    }
    queue->data[queue->tail] = value;
    queue->tail = (queue->tail + 1) % (queue->len);
    return 0;
}

TypeData queue_de(Pqueue queue){
    if(isEmpty(queue)){
        return -1;
    }
    TypeData temp = queue->data[queue->front];
    queue->front = (queue->front + 1) % (queue->len);
    return temp;
}

void show(Pqueue queue){
    for(int i = queue->front; i != queue->tail; i = (i + 1) % queue->len){
        printf("%d ",queue->data[i]);
    }
    printf("\n");
}

③seqqueue_main.c文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-606660.html

#include "seqqueue.h"
#include "seqqueue.c"
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{ 
    Pqueue queue;
    init_queue(&queue, 10);

    printf("入队：");
    queue_en(queue, 20);
    queue_en(queue, 55);
    queue_en(queue, 60);
    queue_en(queue, 99);
    queue_en(queue, 22);
    queue_en(queue, 66);
    queue_en(queue, 100);
    show(queue);
    
    printf("出队：");
    queue_de(queue);

    show(queue);
    
    printf("队内还有%d个元素",get_length(queue));
    printf("\n");

    return 0;
}