队列的基本操作（顺序队列、循环队列、链式队列） |
您所在的位置：网站首页 › 数据结构顺序表的基本运算是什么 › 队列的基本操作（顺序队列、循环队列、链式队列） |
队列的基本操作（顺序队列、循环队列、链式队列）
|
队列也是一种线性表，是一种先进先出的线性结构。队列只允许在表的一端进行插入（入队）、删除（出队）操作。允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端称为队头。 队列的基本操作包括： 初始化队列：InitQueue（Q） 操作前提：Q为未初始化的队列。 操作结果：将Q初始化为一个空队列。判断队列是否为空：IsEmpty（Q） 操作前提：队列Q已经存在。 操作结果：若队列为空则返回1，否则返回0。判断队列是否已满：IsFull（Q） 操作前提：队列Q已经存在。 操作结果：若队列为满则返回1，否则返回0。入队操作：EnterQueue（Q，data） 操作前提：队列Q已经存在。 操作结果：在队列Q的队尾插入data。出队操作：DeleteQueue（Q，&data） 操作前提：队列Q已经存在且非空。 操作结果：将队列Q的队头元素出队，并使用data带回出队元素的值。取队首元素：GetHead（Q，&data） 操作前提：队列Q已经存在且非空。 操作结果：若队列为空则返回1，否则返回0。 清空队列：ClearQueue(&Q) 操作前提：队列Q已经存在。 操作结果：将Q置为空队列。队列有两种存储形式：顺序存储和链式存储。采用顺序队列存储的队列称为顺序队列，采用链式存储的队列称为链式队列。顺序队列采用数组存储队列中的元素，使用两个指针尾指针(rear)和头指针（front）分别指向队列的队头和队尾。使用顺序队列由于在操作时会出现“假溢出现象”，所以可以使用顺序循环队列合理的使用队列空间。链式队列使用链表来实现，链表中的数据域用来存放队列中的元素，指针域用来存放队列中下一个元素的地址，同时使用队头指针指向队列的第一个元素和最后一个元素。 顺序队列的基本操作 /*---------------------------------------------------------------- 设立一个队首指针front ，一个队尾指针rear ，分别指向队首和队尾元素。 ◆ 初始化：front=rear=0。 ◆ 队列为空：front=rear。 ◆ 队满：rear=MaxSize。 ◆ 入队：将新元素插入rear所指的位置，然后rear加1。 ◆ 出队：删去front所指的元素，然后加1并返回被删元素。 ◆ 取队首元素：返回fornt指向的元素值 -----------------------------------------------------------------*/ #include #include #include #define MaxSize 10 //队列的最大容量 typedef int DataType; //队列中元素类型 typedef struct Queue { DataType Queue[MaxSize]; int fornt; //队头指针 int rear; //队尾指针 }SeqQueue; //队列初始化，将队列初始化为空队列 void InitQueue(SeqQueue *SQ) { SQ->fornt = SQ->rear = 0; //把对头和队尾指针同时置0 } //判断队列为空 int IsEmpty(SeqQueue* SQ) { if (SQ->fornt == SQ->rear) { return 1; } return 0; } //判断队列是否为满 int IsFull(SeqQueue* SQ) { if (SQ->rear == MaxSize) { return 1; } return 0; } //入队,将元素data插入到队列SQ中 void EnterQueue(SeqQueue* SQ,DataType data) { if (IsFull(SQ)) { printf("队列已满\n"); return 0; } SQ->Queue[SQ->rear] = data; //在队尾插入元素data SQ->rear = SQ->rear + 1; //队尾指针后移一位 } //出队，将队列中队头的元素data出队，出队后队头指针front后移一位 int DeleteQueue(SeqQueue* SQ,DataType* data) { if (IsEmpty(SQ)) { printf("队列为空！\n"); return 0; } *data = SQ->Queue[SQ->fornt]; //出队元素值 SQ->fornt = (SQ->fornt)+1; //队尾指针后移一位 return 1; } //获取队首元素 int GetHead(SeqQueue* SQ,DataType* data) { if (IsEmpty(SQ)) { printf("队列为空!\n"); } return *data = SQ->Queue[SQ->fornt]; } //清空队列 void ClearQueue(SeqQueue* SQ) { SQ->fornt = SQ->rear = 0; } //打印队列中的与元素 void PrintQueue(SeqQueue* SQ) { assert(SQ); int i = SQ->fornt; while(irear) { printf("%-3d", SQ->Queue[i]); i++; } printf("\n"); } int main() { SeqQueue SQ; DataType data; //初始化队列 InitQueue(&SQ); //入队 EnterQueue(&SQ, 1); EnterQueue(&SQ, 2); EnterQueue(&SQ, 3); EnterQueue(&SQ, 4); EnterQueue(&SQ, 5); EnterQueue(&SQ, 6); EnterQueue(&SQ, 8); EnterQueue(&SQ, 10); EnterQueue(&SQ, 12); EnterQueue(&SQ, 15); EnterQueue(&SQ, 16); //打印队列中的元素 printf("队列中的元素为："); PrintQueue(&SQ); printf("\n"); //出队 DeleteQueue(&SQ, &data); printf("出队元素为：%d\n", data); printf("\n"); DeleteQueue(&SQ, &data); printf("出队元素为：%d\n", data); printf("\n"); printf("队列中的元素为："); PrintQueue(&SQ); printf("\n"); //获取队首元素 data = GetHead(&SQ, &data); printf("队首元素为：%d\n", data); printf("#元素16入队#\n"); //元素16入队 EnterQueue(&SQ, 16); printf("队列中的元素为："); PrintQueue(&SQ); printf("\n"); system("pause"); return 0; }测试结果 队列已满 队列中的元素为：1 2 3 4 5 6 8 10 12 15 出队元素为：1 出队元素为：2 队列中的元素为：3 4 5 6 8 10 12 15 队首元素为：3 /#元素16入队# 队列已满 队列中的元素为：3 4 5 6 8 10 12 15 请按任意键继续… 在上面的代码里，我们定义的队列的最大容量为：10，依此调用入队函数EnterQueue，将1，2，3，4，5，6，8，10，12，15，16总共11个元素依此入队，我们看到运行结果最先输出队列已满，这是因为16入队时，队列以达到最大容量，所以，输出提示信息“队列已满”，打印队列中的元素结果入第二行1，2，3，4，5，6，8，10，12，15。然后依此测试了出队，取队首元素等函数，仔细观察，可以发现在测试出队时，依此出队两次，此时打印队列中的元素值为3，4，5，6，8，10，12，15总共8个元素值。我们定义的队列的最大容量为10，出队两次后队列中的元素个数为8，则队列中还有两个空间，但再次执行入队操作EnterQueue(&SQ, 16); 发现并没有将16成功入队，而是输出提示“队列已满”，再次打印队列中的元素，发现队列中依然只有8个元素。这时怎么回事儿呢？其实这就是文章前边提到的顺序队列的“假溢出现象”。 所谓假溢出现象，即队头由于出队操作，还有剩余空间，但队尾指针已达到数组的末尾，如果继续插入元素，队尾指针就会越出数组的上界，而造成“溢出”，这种溢出不是因为存储空间不够而产生的溢出，而是经过多次插入删除操作引起的，像这中有存储空间而不能插入元素的操作称为“假溢出“。可以通过下面的图爿理解假溢出。 为了充分利用存储空间，消除这种”假溢出”,可以采用的方法是：将为队列分配的空间看成为一个首尾相接的圆环，并称这种队列为循环队列。 在循环队列中进行出队、入队操作时，队首、队尾指针仍要加1，指针移动。只不过当队头指针front 指向向量上界(MaxSize-1)时，其加1操作的结果是指向向量的下界0。 这种循环意义下的加1操作可以描述为： if (i+1==MaxSize) i=0; else i++ ;其中： i代表队首指针front（出队时）；或队尾指针rear（入队时），用模运算可简化为：i=(i+1)%MaxSize ;显然，循环队列所分配的空间可以被充分利用，除非向量空间真的被队列元素全部占用，否则不会上溢。 循环队列在队空和队满时，都是队头指针和队尾指针指向同一个位置，即：front==rear 为了区分这两种情况，可以少用一个存储空间，队空的判断条件不变，以队尾指针rear加1等于队头指针为队列的判满条件。即：front = rear 表示队空，（rear + 1) % MaxSize == fornt 表示队满。 循环队列的基本操作 /*---------------------------------------------------------------- 设立一个队首指针front ，一个队尾指针rear ，分别指向队首和队尾元素。 ◆ 初始化：front=rear=0。 ◆ 队列为空：front=rear。 ◆ 队满：（rear + 1) % MaxSize == fornt ◆ 入队：将新元素插入rear所指的位置，然后rear加1。 ◆ 出队：删去front所指的元素，然后加1并返回被删元素。 ◆ 取队首元素：返回fornt指向的元素值 -----------------------------------------------------------------*/ #include #include #include #define MaxSize 10 typedef int DataType; typedef struct SeqQueue { DataType Queue[MaxSize]; int fornt; int rear; }SeqCirQueue; //队列初始化 void InitSeqCirQueue(SeqCirQueue* SCQ) { SCQ->fornt = SCQ->rear = 0; } //判断队列是否为空 int IsEmpty(SeqCirQueue* SCQ) { if (SCQ->fornt == SCQ->rear) { return 1; } return 0; } //判断队列是否为满 int IsFull(SeqCirQueue* SCQ) { //尾指针+1追上队头指针，标志队列已经满了 if ((SCQ->rear + 1) % MaxSize == SCQ->fornt) { return 1; } return 0; } //入队操作 int EnterSeqCirQueue(SeqCirQueue* SCQ, DataType data) { if (IsFull(SCQ)) { printf("队列已满，不能入队！\n"); return 0; } SCQ->Queue[SCQ->rear] = data; SCQ->rear = (SCQ->rear + 1) % MaxSize; //重新设置队尾指针 } //出队操作 int DeleteSeqCirQueue(SeqCirQueue* SCQ,DataType* data) { if (IsEmpty(SCQ)) { printf("队列为空！\n"); return 0; } *data = SCQ->Queue[SCQ->fornt]; SCQ->fornt = (SCQ->fornt + 1) % MaxSize; //重新设置队头指针 } //取队首元素 int GetHead(SeqCirQueue* SCQ,DataType* data) { if (IsEmpty(SCQ)) { printf("队列为空！\n"); return 0; } *data = SCQ->Queue[SCQ->fornt]; return *data; } //清空队列 void ClearSeqCirQueue(SeqCirQueue* SCQ) { SCQ->fornt = SCQ->rear = 0; } //打印队列元素 void PrintSeqCirQueue(SeqCirQueue* SCQ) { assert(SCQ); //断言SCQ不为空 int i = SCQ->fornt; if (SCQ->fornt < SCQ->rear) { for (; i < SCQ->rear; i++) { printf("%-3d", SCQ->Queue[i]); } } else { for (i; i rear + MaxSize; i++) { printf("%-3d", SCQ->Queue[i]); } } printf("\n"); } int main() { SeqCirQueue SCQ; DataType data; //初始化队列 InitSeqCirQueue(&SCQ); //入队 EnterSeqCirQueue(&SCQ, 1); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 2); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 4); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 6); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 8); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 9); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 10); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 12); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 13); printf("队列中元素为：\n"); //打印队列中元素 PrintSeqCirQueue(&SCQ); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 15); //出队 DeleteSeqCirQueue(&SCQ, &data); printf("出队元素为：%d\n", data); printf("\n"); printf("队列中元素为：\n"); PrintSeqCirQueue(&SCQ); printf("15入队：\n"); EnterSeqCirQueue(&SCQ, 15); printf("队列中元素为：\n"); PrintSeqCirQueue(&SCQ); system("pause"); return 0; }测试结果 队列中元素为： 1 2 4 6 8 9 10 12 13 队列已满，不能入队！ 出队元素为：1 队列中元素为： 2 4 6 8 9 10 12 13 15入队： 队列中元素为： 2 4 6 8 9 10 12 13 15 请按任意键继续… 为了区分队空和队满的条件，少用了一个存储空间，所以队列的实际存储空间为9，当入队9个元素时，再入队显示队列已满，当出队一个元素后，队列中剩余一个存储空间，我们执行入队操作，成功将元素15入队，从而消除了”假溢出现象“。 队列的链式存储结构简称为链式队列，它是限制仅在表头进行删除操作和表尾进行插入操作的单链表。链队的操作实际上是单链表的操作，只不过是出队在表头进行，入队在表尾进行。入队、出队时分别修改不同的指针。链式队列的出队和入队的操作可参考下图： **链式队列的基本操作 #include #include #include #include typedef int DataType; typedef struct Node { DataType _data; struct Node* _next; }LinkQueueNode; typedef struct { LinkQueueNode* front; LinkQueueNode* rear; }LinkQueue; //初始化队列 void InitLinkQueue(LinkQueue* LQ) { //创建一个头结点 LinkQueueNode* pHead = (LinkQueueNode*)malloc(sizeof(LinkQueueNode)); assert(pHead); LQ->front = LQ->rear = pHead; //队头和队尾指向头结点 LQ->front->_next = NULL; } //判断队列是否为空 int IsEmpty(LinkQueue* LQ) { if (LQ->front->_next == NULL) { return 1; } return 0; } //入队操作 void EnterLinkQueue(LinkQueue* LQ, DataType data) { //创建一个新结点 LinkQueueNode* pNewNode = (LinkQueueNode*)malloc(sizeof(LinkQueueNode)); assert(pNewNode); pNewNode->_data = data; //将数据元素赋值给结点的数据域 pNewNode->_next = NULL; //将结点的指针域置空 LQ->rear->_next = pNewNode; //将原来队列的队尾指针指向新结点 LQ->rear = pNewNode; //将队尾指针指向新结点 } //出队操作 void DeleteLinkQueue(LinkQueue* LQ,DataType* data) { if (IsEmpty(LQ)) { printf("队列为空！\n"); return; } //pDel指向队头元素，由于队头指针front指向头结点，所以pDel指向头结点的下一个结点 LinkQueueNode* pDel = LQ->front->_next; *data = pDel->_data; //将要出队的元素赋给data LQ->front->_next = pDel->_next; //使指向头结点的指针指向pDel的下一个结点 //如果队列中只有一个元素,将队列置空 if (LQ->rear = pDel) { LQ->rear = LQ->front; } free(pDel); //释放pDel指向的空间 } //取队头元素 int GetHead(LinkQueue* LQ, DataType* data) { if (IsEmpty(LQ)) { printf("队列为空!\n"); return 0; } LinkQueueNode* pCur; pCur = LQ->front->_next; //pCur指向队列的第一个元素，即头结点的下一个结点 *data = pCur->_data; //将队头元素值赋给data return *data; //返回队头元素值 } //清空队列 void ClearQueue(LinkQueue* LQ) { while (LQ->front != NULL) { LQ->rear = LQ->front->_next; //队尾指针指向队头指针的下一个结点 free(LQ->front); //释放队头指针指向的结点 LQ->front = LQ->rear; //队头指针指向队尾指针 } } //打印队列中的元素 void PrintLinkQueue(LinkQueue* LQ) { assert(LQ); LinkQueueNode * pCur; pCur = LQ->front->_next; while (pCur) { printf("%-3d", pCur->_data); pCur = pCur->_next; } printf("\n"); } int main() { LinkQueue LQ; DataType data; //初始化队列 InitLinkQueue(&LQ); //入队 EnterLinkQueue(&LQ, 1); EnterLinkQueue(&LQ, 2); EnterLinkQueue(&LQ, 3); EnterLinkQueue(&LQ, 4); EnterLinkQueue(&LQ, 5); EnterLinkQueue(&LQ, 6); EnterLinkQueue(&LQ, 7); EnterLinkQueue(&LQ, 8); printf("队列中的元素为："); //打印队列中元素 PrintLinkQueue(&LQ); printf("\n"); //取队头元素 data = GetHead(&LQ, &data); printf("队头元素为：%d\n", data); printf("\n"); //出队 DeleteLinkQueue(&LQ, &data); printf("出队的元素为：%d\n", data); printf("\n"); printf("队列中的元素为："); PrintLinkQueue(&LQ); printf("\n"); data = GetHead(&LQ, &data); printf("队头元素为：%d\n", data); printf("\n"); ClearQueue(&LQ); system("pause"); return 0; } 链式队列的结点是动态开辟的，入队时，为新节点开辟空间，出队使释放出队元素结点的空间。所以相对于顺序队列和循环队列，链式队列没有判断队列是否为满操作。但在清空队列时需要将队列所有结点的空间动态释放，从而防止内存泄露。测试清空函数可以通过编译器调试来观察。如下图： |
在执行完初始化后，开辟了一个新的结点pHead，使头指针和尾指针都指向pHead，pHed->-next = NULL;可以看到pHead的和fornt，rear的地址相同，没有执行入队操作，所以他们的数据域为一个随机值，指针域为空。 执行完两次入队后： 
执行完清空操作后： 
【本文地址】
今日新闻 |
推荐新闻 |