队列数据结构

一、队列：一种可以实现先进先出的存储结构

1、队列可以分为：

• 链式队列（动态）：用链表来实现
• 静态队列（顺序队列）：用数组来实现（静态队列通常都必须是循环队列）

2、链式队列结构如下图：

  

3、静态队列一般都是循环队列，其目的是为了能重复使用数组的内存，减少内存的浪费。

   （1）、如下图所示的循环队列： front = 0 ，rear = 5  ，此时循环队列已满。如下图的队列中最多可以存放 5 个元素，rear 处为空，不存放元素。

   

 （2）、如果删除队列中的一个元素（队列只能从头 front 处删除元素），则对应的 front 、rear 位置如下图所示： front = 1 ，rear = 5

  

（3）、如果再插入一个元素，即入队（只能从循环队列的末尾 rear 插入元素），其结果如下。

此时 rear 的值小于 front 的值： front = 1 ，rear = 0

   

---

二、静态队列

1、静态队列的基本知识

（1）、静态队列 需要两个参数来确定，分别是front、rear

（2）、循环队列中两个参数的含义，在不同的场合中有不同的含义。

• 队列初始化：front 和 rear 都是零。
• 队列非空：front 代表的是队列的第一个元素；rear 代表的是队列的最后一个有效元素的下一个元素。
• 队列空：两个值相等，但不一定是零

（3）、循环队列的入队操作

【注】：由于循环队列是一个数组，当数组已满的时候，将无法加入新的元素。

• 将值存入 rear 所代表的位置
• 让 rear = ( rear + 1 ) % 数组的长度

（4）、循环队列出队操作

• front = （front + 1）% 数组的长度

（5）、循环队列为空

• front 和 rear 的值相等，即为空

（6）、循环队列已满

• 在循环队列中 front 的值可以比 rear 值大、小或者相等
• 如果 rear 和 front 紧挨着，则队列已满。用公式表示为：（rear + 1）% 数组长度 = front 

2、应用实例

#include<iostream>
#include<malloc.h>

using namespace std;

typedef struct Queue
{
	int * pBase;
	int front;
	int rear;
}QUEUE ;

// 初始化队列
void InitQueue(QUEUE* pQ)
{
	// 动态申请一个大小为6的整型数组空间，并用pBase 指向它
	pQ->pBase = (int *)malloc(sizeof(int) * 6);
	pQ->front = 0;
	pQ->rear = 0;
}

// 判断队列是否已满
bool IsFullQueue(const QUEUE* pQ)
{
	if (pQ->front == (pQ->rear + 1) % 6)
		return true;
	else
	{
		return false;
	}
}

// 判断队列是否为空
bool IsEmptyQueue(const QUEUE* pQ)
{
	if (pQ->front == pQ->rear) 
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}

}

// 入队，将数据 val 加入到队列中
bool EnterQueue(QUEUE *pQ,int val)
{
	// 首先判断队列是否已满，注意 pQ 本身就是一个地址
	if (IsFullQueue(pQ))
	{
		return false;
	}
	else
	{
		pQ->pBase[pQ->rear] = val;
		pQ->rear = (pQ->rear + 1) % 6; // 特别需要注意不能用 pQ->rear +=1

		return true;
	}
}

// 出队操作，pVal为指针类型，主函数才可以拿到该元素的值
bool OutQueue(QUEUE * pQ, int* pVal)
{
	if (IsEmptyQueue(pQ))
	{
		cout << "队列为空，出队失败" << endl;
		return false;
	}
	else
	{
		// 将出队的元素传给  *pVal
		*pVal = pQ->pBase[pQ->front];
		pQ->front = (pQ->front + 1) % 6;
		return true;
	}

}



// 遍历队列中的元素
void TraverseQueue(const QUEUE* pQ)
{
	int i = pQ->front;
	
	if (!IsEmptyQueue(pQ))
	{
		cout << "队列中的元素为：" << endl;
		while (i != pQ->rear)
		{
			cout << pQ->pBase[i] << endl;
			i = (i + 1) % 6;
		}		
	}
	else
	{
		cout << "队列为空" << endl;
	}
}

int main()
{
	QUEUE QL;
	int val;// 用来接受出队的元素

	InitQueue(&QL);
	EnterQueue(&QL, 10);
	EnterQueue(&QL, 20);
	EnterQueue(&QL, 30);
	EnterQueue(&QL, 40);
	EnterQueue(&QL, 50);

	TraverseQueue(&QL);

	if (OutQueue(&QL,&val))
	{
		cout<<"出队的元素为："<<val<<endl;
	}
	else
	{
		cout<<"出队失败"<<endl;
	}

	TraverseQueue(&QL);


	cin.get();

}

运行结果如下图所示

3、具体应用

• 所有与时间有关的操作都与队列有关（队列是先进先出）