C实现队列

简介

队列是一种常见的数据结构，类似于现实生活中的排队场景。它是一种 先进先出（FIFO，First-In-First-Out） 的数据结构，即最先进入队列的元素最先被移出。

队列有两个主要操作：

• 入队（enqueue）：将元素添加到队列的尾部。
• 出队（dequeue）：从队列的头部移除元素。

除了这两个基本操作外，队列通常还包括以下功能：

• 获取队头元素（front）：获取队列头部的元素，但不移除它。
• 判断队列是否为空：检查队列是否没有任何元素。
• 获取队列长度：获取队列中元素的个数。

队列可以用于许多应用场景，如任务调度、广度优先搜索、缓冲区管理等。在计算机科学中，队列通常被用作解决问题的数据结构之一，因为它提供了良好的顺序性和操作性能。

核心思路

采用了 循环队列 的思想。循环队列是一种通过数组实现的队列，它的特点是队列的存储空间是循环利用的，即当队列的尾部指针到达数组的末尾时，会绕回到数组的开头，形成一个循环。

我们使用了两个指针 head 和 rear 来分别指示队列的头部和尾部。这两个指针在队列操作中起到关键作用：

• head 指针用于指示队列的头部，即队首元素的位置。
• rear 指针用于指示队列的尾部，即下一个元素入队的位置。

这种设计使得队列的入队和出队操作可以在 O(1) 的时间复杂度内完成，因为不需要像链式队列那样遍历到尾部或头部。而且由于是循环队列，没有了队列满的情况，使得队列的空间利用率更高。

代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MAX_SIZE 100

// 定义队列结构体
typedef struct Queue{
    int data[MAX_SIZE];
    int head;
    int rear;
} Queue;

/* void initQueue(Queue* queue) {
    queue->head = 0;
    queue->rear = 0;
} */

// 初始化队列
Queue* queueCreate() {
    Queue* queue = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
    queue->head = 0;
    queue->rear = 0;
    return queue;
}

// 判断队列是否为空
int isEmpty(Queue* queue) {
    return queue->head == queue->rear;
}

// 判断队列是否已满
int isFull(Queue* queue) {
    return (queue->rear + 1) % MAX_SIZE == queue->head;
}

// 入队操作
void enQueue(Queue* queue, int value) {
    if (isFull(queue))
    {
        printf("不能入队\n");
        return;
    }
    queue->data[queue->rear] = value;
    queue->rear = (queue->rear + 1) % MAX_SIZE;
}

// 出队操作
int deQueue(Queue* queue) {
    if (isEmpty(queue)) {
        printf("不能出队\n");
        exit(1);
    }
    int value = queue->data[queue->head];
    queue->head = (queue->head + 1) % MAX_SIZE;
    return value;
}

// 获取队头元素
int front(Queue* queue) {
    if (isEmpty(queue)) {
        printf("无法获取\n");
        exit(1);
    }
    return queue->data[queue->head];
}

// 获取队列长度
int size(Queue* queue) {
    return (queue->rear - queue->head + MAX_SIZE) % MAX_SIZE;
}

实例化代码如下：

int main() {
    Queue* queue = queueCreate();

    enQueue(queue, 1);
    enQueue(queue, 2);
    enQueue(queue, 3);

    printf("队列长度：%d\n", size(queue));

    printf("出队元素：%d\n", deQueue(queue));
    printf("出队元素：%d\n", deQueue(queue));

    printf("队头元素：%d\n", front(queue));

    return 0;
}