数据结构之队列

什么是队列

队列是一种特殊的[线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队头front

删除数据的一端。对于数组，从后面插入更容易，前面插入较困难，所以一般用数组实现的队列队头在前面。(删除，直接index游标前进，不超过队尾即可)。而对于链表。插入删除在两头分别进行那么头部(前面)删除尾部插入是最方便的选择。

队尾rear

插入数据的一端，同上，在数组和链表中通常均在尾部位置。

特点

元素只能从队列的一端进入，从另一端出去

队列中各个元素的进出必须遵循“先进先出”的原则，即最先入队的元素必须最先出队。

顺序队列的具体实现

通常情况下，我们采用 C 语言中的数组实现顺序表。既然用顺序表模拟实现队列，必然要先定义一个足够大的数组。不仅如此，为了遵守队列中数据从 “队尾进，队头出” 且 “先进先出” 的规则，还需要定义两个变量（top 和 rear）分别记录队头和队尾的具体位置。

实现入队

当有新元素入队时，依次执行以下两步操作：

1. 将新元素存储在 rear 记录的位置；
2. 更新 rear 的值（rear+1），记录下一个空闲空间的位置，为下一个新元素入队做好准备。

    int enQueue(int* a, int rear, int data) {
        //如果 rear 超出数组下标范围，队列将无法继续添加元素
        if (rear == MAX_LEN) {
            printf("队列已满，添加元素失败\n");
            return rear;
        }
        a[rear] = data;
        rear++;
        return rear;
    }

实现出队

当有元素出队时，根据“先进先出”的原则，目标元素以及在它之前入队的元素要依次从队头出队。

出队操作的实现方法很简单，就是更新 top 的值（top+1）。

    int deQueue(int* a, int top, int rear) {
        //如果 top==rear，表示队列为空
        if (top== rear) {
            printf("队列已空，出队执行失败\n");
            return top;
        }
        printf("出队元素：%d\n", a[top]);
        top++;
        return top;
    }

完整代码参考

    #include <stdio.h>
    #define MAX_LEN 100 //规定数组的长度
    //实现入队操作
    int enQueue(int* a, int rear, int data) {
        //如果 rear 超出数组下标范围，队列将无法继续添加元素
        if (rear == MAX_LEN) {
            printf("队列已满，添加元素失败\n");
            return rear;
        }
        a[rear] = data;
        rear++;
        return rear;
    }
    //实现出队操作
    int deQueue(int* a, int top, int rear) {
        //如果 top==rear，表示队列为空
        if (top == rear) {
            printf("队列已空，出队执行失败\n");
            return top;
        }
        printf("出队元素：%d\n", a[top]);
        top++;
        return top;
    }
    int main() {
        int a[MAX_LEN];
        int top, rear;
        //设置队头指针和队尾指针，当队列中没有元素时，队头和队尾指向同一块地址
        top = rear = 0;
        //入队
        rear = enQueue(a, rear, 1);
        rear = enQueue(a, rear, 2);
        rear = enQueue(a, rear, 3);
        rear = enQueue(a, rear, 4);
        //出队
        top = deQueue(a, top, rear);
        top = deQueue(a, top, rear);
        top = deQueue(a, top, rear);
        top = deQueue(a, top, rear);
        top = deQueue(a, top, rear);
        return 0;
    }