常用数据结构 |
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常用数据结构
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目录 一、队列简介 二、顺序队列 三、环形队列 四、环形队列代码 1、队列结构体 2、队列初始化 3、判断队列是否为满 4、判断队列是否为空 5、将数据插入到队列中 6、读取队列中的数据 7、释放队列空间 8、功能测试 一、队列简介队列只允许在队列头（front）进行删除操作，在队列尾（rear）进行插入操作，当队列中没有元素时，称为空队列。在队列中插入元素称为入队，从队列中删除元素称为出队。因为队列只允许在尾端插入，在头端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，即队列有先进先出的特点。 二、顺序队列即仅在队头进行删除在队尾进行插入，可用地址连续的存储单元依次存放队列中的数据，比如数组。队头和队尾的位置是变化的，所以要设置头、尾指针。 初始化时的头尾指针，均置为 0。 当头尾指针相等时队列为空或者为满，在非空队列里，头指针始终指向队头元素，尾指针始终指向队尾元素的下一位置。 由队列的原理可以将头指针当做读操作，将尾指针当做写操作，即在尾端插入数据就是写入队列，在头端删除数据就是将队列中的数据读出，这样好理解点。 刚开始头指针和尾指针都在同一位置
当队列入队时，尾指针加一，头指针保持不变，a1入队，尾指针rear+1指向下一个地址空间，即尾指针始终指向队尾的下一地址，如a4入队后，尾指针rear+1 。
队列出队时，尾指针保持不变，头指针依次加1，由先进先出原则，a1先入队，则a1先被读走，然后front+1，指向了 a2，a2删除后，front+1指向了 a3。
当a5删除后，头指针和尾指针的指向又相同相等了，即说明队列中的数据 已经全部读走
在顺序队列中，当尾指针已经指向了队列的最后一个位置的下一位置时，如果再有元素入队，就会发生“溢出”，此时队列中已经填满了数据，头指针还在开始位置。
顺序队列的 “假溢出” ：即队列的存储空间并未填满，却发生了溢出。
比如 rear 现在指向了最后一个位置的下一位置，按照上面所说此时队列已经被填满，如果再有元素入队，就会发生“溢出”，但这是在头指针没有移动的前提下，如果之前队列头也删除了一些元素，那么队列头指针经过n次的 +1 之后，会遗留下了很多空地址，但是顺序队列就会认为再有元素入队，就溢出，即出现 “假溢出” 现象，这是不合理的，故出现了环形队列。 三、环形队列环形队列的使用场景还是挺多的，比如要将单片机一些模块采集的数据连续上传到PC端，这里就可以用到环形队列，即将采集的数据放到队列中去，再将队列中的数据读出上传到PC端，这里为什么不直接将采集端和上传端直接相连呢？因为采集数据的速度和上传数据的速度是不知道的，如果直接相连会出错。 环形队列的原理就是将新元素加入到第一个位置上，构成类似于一个环一样的队列，入队和出队还是按照“先进先出”的原则进行，环形队列的空间利用率高。 环形队列解决了顺序队列 “假溢出” 的现象，但是又出现新的问题，即怎么判断队列是否为空，如果单用 rear = front 判断空或满显然是不行的，比如
此时两种情况都是 rear = front 的情况，在环形队列中，当队列满了之后 rear + 1会指向第一个地址，即出现了 rear = front 的情况。 一般判断队列空的条件是 rear = front， 通常少用一个元素的储存空间用来判断队列是否满，即在入队前测试尾指针加 1 后是否等于头指针，若相等则认为队满。 或者当用数组array[len]来表示队列时，则可用（rear - front）的差和数组长度 len 进行比较，如果相等则说明队列已满，（在下面说明这种方法）。
W等于尾指针rear，R等于头指针front，相当于写操作和读操作。 1、队列结构体 /*队列结构体*/ typedef struct ring_buff{ int array[len]; int W; int R; }*ring; 2、队列初始化 /*队列初始化*/ struct ring_buff *fifo_init(void) { struct ring_buff *p = NULL; p = (struct ring_buff *)malloc(sizeof(struct ring_buff)); if(p == NULL){ printf("malloc error\n"); return -1; }else{ p->W = 0; p->R = 0; memset(p->array,0,sizeof(p->array)); return p; } }将队列相应空间清零。 3、判断队列是否为满 /*判断是否满*/ int get_ring_buff_fullstate(struct ring_buff *P_ring_buff) { if((P_ring_buff->W - P_ring_buff->R) == len){ return 1; }else{ return 0; } }
如上图所示，array[6] 的存储空间为array[0] - array[5]，即6个数，当R和W等于0时指向array[0]，存入数据后W++，指向下一个地址，当W将array[5]存入数据后会自加一，此时W = 6，R = 0，下一次判断队列是否满时条件成立，即W - R = len，len为数组长度6。 4、判断队列是否为空 /*判断是否为空*/ int get_ring_buff_emptystate(struct ring_buff *P_ring_buff) { if(P_ring_buff->W == P_ring_buff->R){ return 1; }else{ return 0; } }当头指针和尾指针相等时判断为空 5、将数据插入到队列中 /*插入数据*/ int ring_buff_insert(struct ring_buff *P_ring_buff,int data) { if(P_ring_buff == NULL){ printf("insert P_ring_buff error\n"); return -1; } /*判断队列是否满*/ if(get_ring_buff_fullstate(P_ring_buff) == 1){ printf("full\n"); return -1; } P_ring_buff->array[P_ring_buff->W%len] = data; P_ring_buff->W++; return 0; }W = {0、1、2、3、4、5 }，则array[W%len] = {0、1、2、3、4、5}，刚好依次对应，当W = 6时，6 % 6 = 0，又从array[0]开始存储数据，这也是环形队列的关键，即形成闭环。 6、读取队列中的数据 /*读取数据*/ int ring_buff_get(struct ring_buff *P_ring_buff) { int data = 0; if(P_ring_buff == NULL){ printf("get P_ring_buff error\n"); return -1; } data = P_ring_buff->array[P_ring_buff->R%len]; P_ring_buff->R++; return data; }读取数据和写入数据类似，也是当R = 6时，6 % 6 = 0，又从array[0]开始读取数据 7、释放队列空间 /*销毁*/ int ring_buff_destory(struct ring_buff *P_ring_buff) { if(P_ring_buff == NULL){ printf("destory P_ring_buff error\n"); return -1; } free(P_ring_buff); return 0; } 8、功能测试 #define len 6 int main() { int i; int getData = 0; /*初始化队列*/ ring Pt_ring_buff = fifo_init(); /*向队列中写数据，即0 - 5*/ for(i = 0;i < 6;i++){ ring_buff_insert(Pt_ring_buff,i); } /*将写入的数据读出三个，由先进先出原则应该读的0 - 2*/ for(i = 0;i < 3;i++){ printf(" %d",ring_buff_get(Pt_ring_buff)); } printf("\n"); /*再写入三个数据，此时写入的数据应该在上面的数据之后，即在5之后*/ for(i = 8;i < 11;i++){ ring_buff_insert(Pt_ring_buff,i); } /*读取队列中的数据，此时再次读取队列中的数据时，0 - 2 已经被读走，所以应该是从3、4、5、8、9、10、3 ...循环读取十个数据*/ for(i = 0;i < 10;i++){ printf(" %d",ring_buff_get(Pt_ring_buff)); } ring_buff_destory(Pt_ring_buff); //释放空间 printf("\n"); system("pause"); return 0; }输出结果
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