最新环形队列实现原理(1)，又到一年金三银四

2401_84978664

于 2024-05-17 01:17:57 发布

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文章标签： c语言 c++ 学习

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2401_84978664/article/details/138981382

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它是一个首尾相连的FIFO的数据结构，采用数组的线性空间,数据组织简单。能很快知道队列是否满为空。能以很快速度的来存取数据。

因为有简单高效的原因，甚至在硬件都实现了环形队列.

环形队列广泛用于网络数据收发，和不同程序间数据交换（比如内核与应用程序大量交换数据,从硬件接收大量数据）均使用了环形队列.

一.环形队列实现原理

内存上没有环形的结构，因此环形队列实上是数组的线性空间来实现。那当数据到了尾部如何处理呢？它将转回到0位置来处理。这个的转回是通过取模操作来执行的。

因此环列队列的是逻辑上将数组元素q[0]与q[MAXN-1]连接，形成一个存放队列的环形空间。

为了方便读写，还要用数组下标来指明队列的读写位置。head/tail.其中head指向可以读的位置，tail指向可以写的位置。

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环形队列的关键是判断队列为空，还是为满。当tail追上head时，队列为满时，当head追上tail时，队列为空。但如何知道谁追上谁。还需要一些辅助的手段来判断.

如何判断环形队列为空，为满有两种判断方法。

一.是附加一个标志位tag

当head赶上tail，队列空，则令tag=0,

当tail赶上head，队列满，则令tag=1,

二.限制tail赶上head，即队尾结点与队首结点之间至少留有一个元素的空间。

队列空： head==tail

队列满： (tail+1)% MAXN ==head

二.附加标志实现算法

采用第一个环形队列有如下结构

typedef struct ringq{
   int head; /* 头部，出队列方向*/
   int tail; /* 尾部，入队列方向*/ 
   int tag ;
   int size ; /* 队列总尺寸 */
   int space[RINGQ_MAX]; /* 队列空间 */
  
}RINGQ;

初始化状态:
q->head = q->tail = q->tag = 0;

队列为空:(
q->head == q->tail) && (q->tag == 0)

队列为满
: ((q->head == q->tail) && (q->tag == 1))

入队操作:如队列不满，则写入

q->tail = (q->tail + 1) % q->size ;

出队操作：如果队列不空，则从head处读出。

下一个可读的位置在
q->head = (q->head + 1) % q->size

完整代码

头文件ringq.h

#ifndef __RINGQ_H__
#define __RINGQ_H__

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif 

#define QUEUE_MAX 20

typedef struct ringq{
   int head; /* 头部，出队列方向*/
   int tail; /* 尾部，入队列方向*/ 
   int tag ; /* 为空还是为满的标志位*/
    int size ; /* 队列总尺寸 */
   int space[QUEUE_MAX]; /* 队列空间 */
}RINGQ;

/* 
  第一种设计方法:
     当head == tail 时，tag = 0 为空，等于 = 1 为满。
*/

extern int ringq_init(RINGQ * p_queue);

extern int ringq_free(RINGQ * p_queue);


/* 加入数据到队列 */
extern int ringq_push(RINGQ * p_queue,int data);

/* 从队列取数据 */
extern int ringq_poll(RINGQ * p_queue,int *p_data);


#define ringq_is_empty(q) ( (q->head == q->tail) && (q->tag == 0))

#define ringq_is_full(q) ( (q->head == q->tail) && (q->tag == 1))

#define print_ringq(q) printf("ring head %d,tail %d,tag %d\n", q->head,q->tail,q->tag);
#ifdef __cplusplus
}
#endif 

#endif /* __RINGQ_H__ */

实现代码 ringq.c

#include <stdio.h>
#include "ringq.h"

int ringq_init(RINGQ * p_queue)
{
   p_queue->size = QUEUE_MAX ;
   
   p_queue->head = 0;
   p_queue->tail = 0;
   
   p_queue->tag = 0;
   
   return 0;
}

int ringq_free(RINGQ * p_queue)
{
  return 0;
}


int ringq_push(RINGQ * p_queue,int data)
{
  print_ringq(p_queue);
  
  if(ringq_is_full(p_queue))
   {
     
     printf("ringq is full\n");
     return -1;
   }
      
   p_queue->space[p_queue->tail] = data;
   
   p_queue->tail = (p_queue->tail + 1) % p_queue->size ;
   
   /* 这个时候一定队列满了*/
   if(p_queue->tail == p_queue->head)
    {
       p_queue->tag = 1;
    }

    return p_queue->tag ;  
}

int ringq_poll(RINGQ * p_queue,int * p_data)
{
   print_ringq(p_queue);
  if(ringq_is_empty(p_queue))
   {
      
      printf("ringq is empty\n");
     return -1;
   }
   
   *p_data = p_queue->space[p_queue->head];
   
   p_queue->head = (p_queue->head + 1) % p_queue->size ;
   
    /* 这个时候一定队列空了*/
   if(p_queue->tail == p_queue->head)
    {
       p_queue->tag = 0;
    }    
    return p_queue->tag ;
}

测试代码

/* 测试第一种环形队列*/
void test5()
{
  RINGQ rq, * p_queue;
  int i,data;
  
  p_queue = &rq;
  
  ringq_init(p_queue);
  
  for(i=0; i < QUEUE_MAX +2 ; i++)
  {
   
   ringq_push(p_queue,i+1); 
  } 
    
  if(ringq_poll(p_queue,&data)>=0)
     PRINT_INT(data);
  
  if(ringq_poll(p_queue,&data)>=0)
     PRINT_INT(data);
  
  if(ringq_poll(p_queue,&data)>=0)
     PRINT_INT(data);
  
  if(ringq_poll(p_queue,&data)>=0)
     PRINT_INT(data);
  
  if(ringq_poll(p_queue,&data)>=0)
     PRINT_INT(data);
  
  if(ringq_poll(p_queue,&data)>=0)
     PRINT_INT(data);
  
  ringq_free(p_queue);
}

/* 测试第一种环形队列,更加复杂的情况*/
void test6()
{
  RINGQ rq, * p_queue;
  int i,data;
  
  p_queue = &rq;
  
  ringq_init(p_queue);
  
  
   ringq_push(p_queue,1); 
   
   ringq_push(p_queue,2); 
  


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   ringq_push(p_queue,2); 
  


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