数据结构中队列的存储和应用

队列：

只有两个口进出数据，一个专门进入数据，另一个专门出数据，先进先出，FIFO表

 一、 顺序队列：

　　存储元素的连续内存的首地址

　　容量

　　队头位置 (出队)

　　队尾位置 (入队)

　　[元素数量]

　　运算：创建、销毁、清空、出队、入队、队空、队满、队头、队尾、元素数量

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
#define TYPE int
 
//    顺序队列结构
typedef struct ArrayQueue
{
    TYPE* ptr;
    size_t cal;        //    容量
    size_t front;    //    队头位置head\begin
    int rear;    //    队尾位置tail\back int rear = -1
    size_t cnt;        //    数量
}ArrayQueue;
 
//    创建顺序队列
ArrayQueue* create_array_queue(size_t cal)
{
    //    申请队列结构内存
    ArrayQueue* queue = malloc(sizeof(ArrayQueue));
    //    申请存储队列元素的内存
    queue->ptr = malloc(sizeof(TYPE)*cal);
    //    初始化容量
    queue->cal = cal;
 
    queue->front = 0;
    queue->rear = -1;
    queue->cnt = 0;
    return queue;
}
 
//    销毁
void destroy_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
    free(queue->ptr);
    free(queue);
}
//    队空
bool empty_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
    return 0 == queue->cnt;
}
 
//    队满
bool full_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
    return queue->cal == queue->cnt;    
}
 
//    入队
bool push_array_queue(ArrayQueue* queue,TYPE data)
{
    if(full_array_queue(queue)) return false;
 
    queue->rear = (queue->rear+1)%queue->cal;
    queue->ptr[queue->rear] = data;
    queue->cnt++;
    return true;
}
 
//    出队
bool pop_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
    if(empty_array_queue(queue)) return false;
    queue->front = (queue->front+1)%queue->cal;
    queue->cnt--;
    return true;
}
 
//    队头
TYPE head_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
    return queue->ptr[queue->front];    
}
 
//    队尾
TYPE tail_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
    return queue->ptr[queue->rear];    
}
 
//    数量
size_t size_array_queue(ArrayQueue* queue)
{
    return queue->cnt;
}
 
int main(int argc,const char* argv[])
{
    ArrayQueue* queue = create_array_queue(5);
    for(int i=0; i<10; i++)
    {
        push_array_queue(queue,i+1) && printf("tail:%d size:%d\n",
            tail_array_queue(queue),size_array_queue(queue));
    }
 
    printf("-----------------\n");
    while(!empty_array_queue(queue))
    {
        printf("front:%d size:%d\n",
            head_array_queue(queue),size_array_queue(queue));
        pop_array_queue(queue);
    }
    printf("size=%d\n",size_array_queue(queue));
 
    destroy_array_queue(queue);
    queue = NULL;
}
 
 
 

需要注意的问题

1、存储元素是由一维数组+队头位置front+队尾位置rear来表示，入队rear+1,出队front+1，为了让队列能够反复使用，我们需要把一维数组想象成一个环，因此+1后都需要对容量cal求余

front = (front+1)%cal

rear = (rear+1)%cal

 

2、判断队空和队满问题

如果不处理该问题，那么队空和队满的条件都是 front==rear，就无法区分是队空还是队满

方法1：存储元素的内存多增加一个位置空间(常考)

队空：front==rear

队满：(rear+1)%cal == front

代价：需要额外申请存储一个元素的内存

计算数量：(rear-front+cal)%cal

队尾数据下标：(rear-1+cal)%cal

方法2：顺序队列结构中增加一个记录元素数量的数据项，通过数量与容量对比判断队空、队满

 

二、

链式队列：

由若干个节点组成的队列结构，只能操作队头节点、队尾节点

链式队列结构：

队头指针

队尾指针

节点数量

运算：创建、销毁、队空、入队、出队、队头、队尾、数量

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
#define TYPE int
 
//    节点结构
typedef struct Node
{
    TYPE data;
    struct Node* next;
}Node;
 
//    创建节点
Node* create_node(TYPE data)
{
    Node* node = malloc(sizeof(Node));
    node->data = data;
    node->next = NULL;
    return node;
}
 
//    设计链式队列结构
typedef struct ListQueue
{
    Node* head;    //    队头指针
    Node* tail;    //    队尾指针
    size_t cnt;    //    节点数量
}ListQueue;
 
//    创建队列
ListQueue* create_list_queue(void)
{
    ListQueue* queue = malloc(sizeof(ListQueue));
    queue->head = NULL;
    queue->tail = NULL;
    queue->cnt = 0;
    return queue;
}
 
 
//    队空
bool empty_list_queue(ListQueue* queue)
{
    return 0 == queue->cnt;
}
 
//    入队
void push_list_queue(ListQueue* queue,TYPE data)
{
    Node* node = create_node(data);
    if(0 == queue->cnt)
    {
        queue->head = node;
        queue->tail = node;
    }
    else
    {
        queue->tail->next = node;
        queue->tail = node;
    }
    queue->cnt++;
}
 
//    出队
bool pop_list_queue(ListQueue* queue)
{
    if(empty_list_queue(queue))     return false;
    Node* temp = queue->head;
    queue->head = temp->next;
    free(temp);
    queue->cnt--;
    if(0 == queue->cnt) queue->tail = NULL;
    return true;
}
 
//    队头
TYPE head_list_queue(ListQueue* queue)
{
    return queue->head->data;
}
 
//    队尾
TYPE tail_list_queue(ListQueue* queue)
{
    return queue->tail->data;
}
 
//    数量
size_t size_list_queue(ListQueue* queue)
{
    return queue->cnt;
}
 
//    销毁队列
void destroy_list_queue(ListQueue* queue)
{
    while(pop_list_queue(queue));
    free(queue);
}
 
int main(int argc,const char* argv[])
{
    ListQueue* queue = create_list_queue();
    for(int i=0; i<10; i++)
    {
        push_list_queue(queue,i+10);
        printf("tail:%d,size:%u\n",
            tail_list_queue(queue),size_list_queue(queue));
    }
    printf("-------------\n");
    while(!empty_list_queue(queue))
    {
        printf("head:%d,size:%u\n",
            head_list_queue(queue),size_list_queue(queue));
        pop_list_queue(queue);
    }
    destroy_list_queue(queue);
    queue = NULL;
}
 
 

队列的应用：

        1、数据排队处理-消息排队

        2、树的层序遍历

        3、图的广度优先遍历BFS

        4、封装线程池、数据池