使用C语言实现数据结构 - 队列

概述

队列是一种类似于栈的数据结构，主要区别在于第一个插入的元素也是第一个被移除的元素（FIFO - 先进先出），而栈是基于LIFO（后进先出）原则的。

队列表示

基本操作

• 插入/入队 (enqueue) − 将一个元素添加到队列的尾部。

• 移除/出队 (dequeue) − 从队列的头部移除一个元素。

在本文中，我们将使用数组来实现队列。队列还支持其他一些操作，如下所示。

• 窥视 (Peek) − 获取队列头部元素。

• 是否已满 (isFull) − 检查队列是否已满。

• 是否为空 (isEmpty) − 检查队列是否为空。

插入/入队操作

每当一个元素插入到队列中时，队列都会增加尾部索引以供后续使用，并将该元素存储在存储空间的尾部。如果尾部到达最后一个索引，则会将其环绕到最底部的存储位置。这种安排称为环绕，这样的队列称为循环队列。此方法也称为入队操作。

void insert(int data){
   if(!isFull()){
      if(rear == MAX-1){
         rear = -1;            
      }       
      intArray[++rear] = data;
      itemCount++;
   }
}

移除/出队操作

每当需要从队列中移除一个元素时，队列会使用头部索引获取该元素并增加头部索引。作为环绕安排，如果头部索引大于数组的最大索引，则将其设置为0。

int removeData(){
   int data = intArray[front++];
   if(front == MAX){
      front = 0;
   }
   itemCount--;
   return data;  
}

示例

QueueDemo.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define MAX 6

int intArray[MAX];
int front = 0;
int rear = -1;
int itemCount = 0;

int peek(){
   return intArray[front];
}
bool isEmpty(){
   return itemCount == 0;
}
bool isFull(){
   return itemCount == MAX;
}
int size(){
   return itemCount;
}
void insert(int data){
   if(!isFull()){
      if(rear == MAX-1){
         rear = -1;            
      }       
      intArray[++rear] = data;
      itemCount++;
   }
}
int removeData(){
   int data = intArray[front++];
   if(front == MAX){
      front = 0;
   }
   itemCount--;
   return data;  
}
int main() {
   /* insert 5 items */
   insert(3);
   insert(5);
   insert(9);
   insert(1);
   insert(12);

   // front : 0
   // rear  : 4
   // ------------------
   // index : 0 1 2 3 4 
   // ------------------
   // queue : 3 5 9 1 12
   insert(15);

   // front : 0
   // rear  : 5
   // ---------------------
   // index : 0 1 2 3 4  5 
   // ---------------------
   // queue : 3 5 9 1 12 15
   if(isFull()){
      printf("Queue is full!\n");   
   }

   // remove one item 
   int num = removeData();
   printf("Element removed: %d\n",num);
   // front : 1
   // rear  : 5
   // -------------------
   // index : 1 2 3 4  5
   // -------------------
   // queue : 5 9 1 12 15

   // insert more items
   insert(16);

   // front : 1
   // rear  : -1
   // ----------------------
   // index : 0  1 2 3 4  5
   // ----------------------
   // queue : 16 5 9 1 12 15

   // As queue is full, elements will not be inserted. 
   insert(17);
   insert(18);

   // ----------------------
   // index : 0  1 2 3 4  5
   // ----------------------
   // queue : 16 5 9 1 12 15
   printf("Element at front: %d\n",peek());

   printf("----------------------\n");
   printf("index : 5 4 3 2  1  0\n");
   printf("----------------------\n");
   printf("Queue:  ");
   while(!isEmpty()){
      int n = removeData();           
      printf("%d ",n);
   }   
}

输出

如果我们编译并运行上述程序，则会产生以下输出：

Queue is full!
Element removed: 3
Element at front: 5
----------------------
index : 5 4 3 2 1 0
----------------------
Queue: 5 9 1 12 15 16