C语言数据结构——线性表循环队列(动态数组实现方式)

一、队列

队列是一种“先进先出”操作受限的线性表结构。它只允许从队尾插入，也叫入队；只允许从队首删除，也叫出队。

二、队列分类

链式队列 —— 用链表实现的队列
顺序队列 —— 用数组实现的队列。数组可为静态数组或动态数组，顺序队列通常必须为循环队列。

注意：
循环队列是解决顺序队列内存空间利用率最大化的一种解决方案。

三、队列数据类型定义

//队列数据类型定义
#define QUEUE_ZISE          6//队列长度
typedef struct TypeQueue
{
    int qFront;//队首
    int qRear;//队尾
    int *pBasic;//数据
}tQUEUE, *pQUEUE;
//tQUEUE 等效于 struct TypeQueue
//pQUEUE 等效于 struct TypeQueue *

四、队列初始化

队首和队尾相等且为零。

如下图所示：
队列初始化
//初始化队列
int * pInitQueue(pQUEUE queue)
{
    queue->pBasic = (int *)malloc(sizeof(int)* QUEUE_ZISE);//为队列动态申请内存
    if (queue->pBasic == NULL)
    {
        printf("队列申请内存失败，程序终止......\r\n");
        while (1);
    }

    //初始化队首/队尾
    queue->qFront = 0;
    queue->qRear  = 0;

    printf("动态队列初始化成功......\r\n");
    printf("数据基地址: 0x%08X\r\n", queue->pBasic);
    printf("队列长度  : %d\r\n", (QUEUE_ZISE - 1));
    printf("队首: %d    队尾: %d\r\n", queue->qFront, queue->qRear);

    return queue->pBasic;
}

五、判断队列是否为空

若队首和队尾相等，则表示队列为空。当队列为空时出队无效。

如下图所示：
队列为空.png
//队列是否为空
bool bIsEmptyQueue(pQUEUE queue)
{
    //队首等于队尾则队列为空
    if (queue->qFront == queue->qRear)
        return true;
    else
        return false;
}

六、判断队列是否已满

若队尾下一个数据为队首数据，则说明队列已满，当队列已满时入队无效。

注意：
队列真正使用长度为队列长度减一，这使得顺序队列内存空间利用率最大化。

如下图所示：
队列已满
//队列是否已满
bool bIsFullQueue(pQUEUE queue)
{
    //队尾下个数据为队首则队列已满
    if (((queue->qRear + 1) % QUEUE_ZISE) == queue->qFront)
        return true;
    else
        return false;

}

七、数据入队

将数据存入对队尾代表的存储空间，然后队尾指向下个存储空间。

注意:
1.只允许从队尾入队(队列未满)。
2.循环队列计算下个入队存储空间为：(队尾 + 1 ) % 队列长度

如下图所示：
数据入队
//入队
void vEnterQueue(pQUEUE queue, int vale)
{
    if (bIsFullQueue(queue))
    {
        printf("队列已满，入队失败......\r\n");
        return;
    }

    queue->pBasic[queue->qRear] = vale;//入队值
    queue->qRear = (queue->qRear + 1) % QUEUE_ZISE;//队尾移至下个入队位置

    printf("入队成功！入队值为:%d    队首:%d    队尾:%d\r\n", vale, queue->qFront, queue->qRear);
}

八、数据出队

将队首代表的存储空间数据输出，然后队首指向下一个存储空间。

注意:
1.只允许从队首出队(队列非空)。
2.循环队列计算下个出队存储空间为：(队出 + 1 ) % 队列长度

如下图所示：
数据出队
//出队
int iOutQueue(pQUEUE queue)
{
    int oValue = 0;

    if (bIsEmptyQueue(queue))
    {
        printf("队列为空！出队失败......\r\n");
        return oValue;
    }

    oValue = queue->pBasic[queue->qFront];//出队值
    queue->qFront = (queue->qFront + 1) % QUEUE_ZISE;//队首移至下个出队位置

    printf("出队成功！出队值为:%d    队首:%d    队尾:%d\r\n", oValue, queue->qFront, queue->qRear);

    return oValue;
}

九、遍历队列数据

输出显示队列中所有数据。从队首开始直到队尾结束的所有数据。

//遍历队列
void vTraverseQueue(pQUEUE queue)
{
    int iBasic = 0;

    if (bIsEmptyQueue(queue))
    {
        printf("队列为空！遍历失败......\r\n");
        return;
    }

    printf("队列数据: ");
    iBasic = queue->qFront;//队首
    while (iBasic != queue->qRear)//直到队尾
    {
        printf("%d  ", queue->pBasic[iBasic]);//队列值
        iBasic = (iBasic + 1) % QUEUE_ZISE;//下个数据位置
    }
    printf("\r\n");
}

十、获取队列使用空间

从队首到队尾的所有数据个数为队列使用空间数。

//队列使用空间
int iCountQueue(pQUEUE queue)
{
    int iBasic = 0;
    int len = 0;

    if (bIsEmptyQueue(queue))
        printf("队列为空......");

    if (bIsFullQueue(queue))
        printf("队列已满......");

    iBasic = queue->qFront;//队首
    while (iBasic != queue->qRear)//直到队尾
    {
        len++;//使用空间加一
        iBasic = (iBasic + 1) % QUEUE_ZISE;//下个数据位置
    }
    printf("队列使用空间为: %d\r\n", len);

    return len;
}

十一、获取队列剩余空间

队列长度减一，再减去队列使用空间数，就等于列剩余空间 。即：
队列剩余空间 = 队列长度 - 1 - 队列使用空间

//队列剩余空间
int iResidueQueue(pQUEUE queue)
{
    int iBasic = 0;
    int len = 0;


    if (bIsEmptyQueue(queue))
        printf("队列为空......");

    if (bIsFullQueue(queue))
        printf("队列已满......");

    iBasic = queue->qFront;//队首
    while (iBasic != queue->qRear)//直到队尾
    {
        len++;//使用空间加一
        iBasic = (iBasic + 1) % QUEUE_ZISE;//下个数据位置
    }

    len = QUEUE_ZISE - 1 - len;//剩余空间
    printf("队列剩余空间为: %d\r\n", len);

    return len;
}

十二、代码验证演示

void main(void)
{
    tQUEUE queue;

    queue.pBasic = pInitQueue(&queue);//初始化队列
    printf("\r\n");

    vEnterQueue(&queue, 20);//入队
    vEnterQueue(&queue, 30);
    vEnterQueue(&queue, 40);
    vEnterQueue(&queue, 50);
    vEnterQueue(&queue, 60);
    iCountQueue(&queue);//队列使用空间
    iResidueQueue(&queue);//队列剩余空间
    vTraverseQueue(&queue);//遍历队列
    printf("\r\n");

    iOutQueue(&queue);//出队
    iOutQueue(&queue);
    iOutQueue(&queue);
    iCountQueue(&queue);//队列使用空间
    iResidueQueue(&queue);//队列剩余空间
    vTraverseQueue(&queue);//遍历队列
    printf("\r\n");

    while (1);
}

十三、运行结果

动态队列初始化成功......
数据基地址: 0x00B3ADD8
队列长度  : 5
队首: 0    队尾: 0

入队成功！入队值为:20    队首:0    队尾:1
入队成功！入队值为:30    队首:0    队尾:2
入队成功！入队值为:40    队首:0    队尾:3
入队成功！入队值为:50    队首:0    队尾:4
入队成功！入队值为:60    队首:0    队尾:5
队列已满......队列使用空间为: 5
队列已满......队列剩余空间为: 0
队列数据: 20  30  40  50  60

出队成功！出队值为:20    队首:1    队尾:5
出队成功！出队值为:30    队首:2    队尾:5
出队成功！出队值为:40    队首:3    队尾:5
队列使用空间为: 2
队列剩余空间为: 3
队列数据: 50  60
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