面试题之循环队列的实现

1.什么是循环队列

循环队列是一种线性数据结构,其操作表现基于 FIFO(先进先出)原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里,一旦一个队列满了,我们就不能插入下一个元素,即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列,我们能使用这些空间去存储新的值。并且旧的值会被改变

2.如何实现循环队列

主流上来说循环队列有两种实现方法

1.利用数组即顺序表的方式,在每次数组中的数字数量达到极限时,重新归为零然后再次存储,缺点在于在进行插入,删除,取数据,判空时需要时刻关注头结点head和尾节点tail的变化,以防溢出

2.利用链表,使链表头尾相连,形成循环链表,优点是不需要顾忌溢出,但是缺点是很难取出数据,相比较来说还是利用顺序表更简便

3.注意事项

关于空间的使用,必须要多加一个空间,否则难以判断循环队列是空还是满

假设,有多少数据就用多少空间

当队列为空的时候:

head == tail

当队列为满时:

head == tail

多加一个空间后

当循环队列为空时:

<think> 我们正在处理关于C语言队列面试题的问题。根据提供的引用,我们可以整理出一些常见的队列面试题,并结合C语言进行解答。 引用[1]提到:队列和栈有什么区别?这是一个经典的面试题。 引用[2]中虽然没有直接提到队列,但提到了指针和数组,这些在队列的实现中会用到。 引用[3]则详细说明了循环队列的Push和Pop操作,以及如何判断队列空和队列满的条件。 因此,我们可以围绕以下几个方面来组织答案: 1. 队列的基本概念(与栈的区别) 2. 队列的操作(入队、出队) 3. 循环队列实现(重点,因为面试常考) 4. 队列的指针操作(结合数组) 另外,根据用户要求,我们需要使用中文回答,并且生成相关问题。同时,注意LaTeX格式的数学表达式。 下面开始组织答案: </think> ### C语言队列面试题精选与详解 #### 一、队列基础概念 1. **队列与栈的区别** - **队列 (Queue)**:先进先出(FIFO)结构,类似排队[^1] ```c // 基本操作 enqueue(&q, data); // 入队 dequeue(&q); // 出队 ``` - **栈 (Stack)**:后进先出(LIFO)结构,类似叠盘子 - **核心区别**:队列在队尾插入,队头删除;栈在同一端操作 2. **队列存储结构** ```c typedef struct { int data[MAX_SIZE]; int front; // 队头指针 int rear; // 队尾指针 } Queue; ``` - 32位系统中指针占**4字节**,64位占**8字节**[^2] --- #### 二、循环队列实现 1. **空/满判断机制** ```c // 空队列条件 bool isEmpty(Queue *q) { return (q->front == q->rear); } // 满队列条件(牺牲一个存储单元) bool isFull(Queue *q) { return ((q->rear + 1) % MAX_SIZE == q->front); // [^3] } ``` - 多开一个空间避免状态混淆[^3] - 内存示意图: ``` 初始状态: front == rear (空) 满状态: (rear+1)%size == front ``` 2. **入队/出队操作** ```c // 入队操作 void enqueue(Queue *q, int item) { if (isFull(q)) return; // 队列满则拒绝 q->data[q->rear] = item; q->rear = (q->rear + 1) % MAX_SIZE; // 循环移动 } // 出队操作 int dequeue(Queue *q) { if (isEmpty(q)) return -1; // 队列空返回错误 int item = q->data[q->front]; q->front = (q->front + 1) % MAX_SIZE; return item; } ``` --- #### 三、经典面试题解析 1. **指针操作题** ```c int main() { int a[5] = {1,2,3,4,5}; int *ptr = (int*)(&a + 1); printf("%d, %d", *(a+1), *(ptr-1)); } ``` - **输出**: `2, 5` - **解析**: - `*(a+1)` = `a[1]` = 2 - `&a+1`指向数组末尾后位置,`ptr-1`即`a[4]`=5[^2] 2. **队列应用场景** - 消息队列(进程通信) - 键盘缓冲区(按序处理按键) - 打印任务调度(先提交先打印) 3. **队列与链表的结合** ```c typedef struct QNode { int data; struct QNode *next; } QNode; typedef struct { QNode *front; QNode *rear; } LinkedQueue; ``` - 优势:动态扩容,无空间限制 - 缺点:每个节点额外8字节指针开销(64位系统) --- ### 四、队列高频考点 1. **时间复杂度分析** | 操作 | 数组队列 | 链式队列 | |----------|----------|----------| | 入队 | $O(1)$ | $O(1)$ | | 出队 | $O(1)$ | $O(1)$ | | 查找元素 | $O(n)$ | $O(n)$ | 2. **内存占用对比** | 类型 | 空间开销 | 适用场景 | |------------|--------------------------|------------------------| | 静态队列 | 预分配固定内存 | 已知最大容量场景 | | 链式队列 | 指针开销+动态分配 | 频繁扩容场景 | | 循环队列 | 预分配内存+1单元冗余 | 嵌入式系统常见实现[^3] | > 💡 **面试技巧**:被问队列实现时,务必说明空/满判断逻辑,这是考察重点! ---
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