队列——顺序队列

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。
• 队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。

顺序队列

建立顺序队列结构必须为其静态分配或动态申请一片连续的存储空间，并设置两个指针进行管理。一个是队头指针front，它指向队头元素；另一个是队尾指针rear，它指向下一个入队元素的存储位置。

• 队列的数组实现
  
  每次在队尾插入一个元素是，rear增1；每次在队头删除一个元素时，front增1。随着插入和删除操作的进行，队列元素的个数不断变化，队列所占的存储空间也在为队列结构所分配的连续空间中移动。当front=rear时，队列中没有任何元素，称为空队列。当rear增加到指向分配的连续空间之外时，队列无法再插入新元素，但这时往往还有大量可用空间未被占用，这些空间是已经出队的队列元素曾经占用过得存储单元。
  显然，这样的方式比较浪费内存空间，空间利用率并不高，而且还会出现溢出现象。所以我们采用循环队列：

  循环队列：以数组的形式模拟出环状的结构。
  在循环队列中，当队列为空时，有front=rear，而当所有队列空间全占满时，也有front=rear。为了区别这两种情况，规定循环队列最多只能有MaxSize-1个队列元素，当循环队列中只剩下一个空存储单元时，队列就已经满了。因此，队列判空的条件时front=rear，而队列判满的条件时front=（rear+1）%MaxSize。

队列结构

typedef struct Queue
{
	ElemType arr[MAX_SIZE];//int arr[10];
	int front;//队头指针
	int rear;//队尾指针
}Queue,*pQueue;

整体函数结构设计

Queue.h整体结构

typedef int ElemType;
#define MAX_SIZE 9

typedef struct Queue
{
	ElemType arr[MAX_SIZE];
	int front;
	int rear;
}Queue,*pQueue;

void init(pQueue pqu);

int full(pQueue pqu);//1 full  |  0  not full
int enqueue(pQueue pqu,ElemType val);//1  success  |   0   fail

int empty(pQueue pqu);//1  empty  |  0  not empty
int dequeue(pQueue pqu);//1  success  |  0  fail

int front(pQueue pqu);//获取队头元素
int back(pQueue pqu);//获取队尾元素

函数的实现

Queue.cpp代码实现

#include<stdio.h>
#include<iostrem>
#include"Queue.h"

void init(pQueue pqu)//初始化队列
{
	if(pqu != NULL)
	{
		pqu->fromt = pqu->rear = 0;
	}
}

int full(pQueue pqu)//判满
{
	return ((pqu->rear+1)%MAX_SIZE == pqu->front) ? 1 : 0;	
}
int enqueue(pQueue pqu,ElemType val);//插入元素  入队
{
	if(full(pqu))
	{
		return 0;
	}
	pqu->arr[pqu->rear] = val;
	pqu->rear = (pqu->rear+1)%MAX_SIZE;
	return 1;
}

int empty(pQueue pqu)//判空
{
	return (pqu->rear == pqu->front) ? 1 : 0;
}
int dequeue(pQueue pqu)//出队  只删除元素，不移动数据
{
	if(empty(pqu))
	{
		return 0;
	}
	pqu->front = (pqu->front+1)%MAX_SIZE;
	return 1;
}

int front(pQueue pqu)//获取队头元素
{
	if(empty(pqu))
	{
		throw std::exception("queue is empty!");//return -1;//牺牲一个数值位 -1
	}
	return pqu->arr[pqu->front];
}

int back(pQueue pqu)//获取队尾元素
{
	if(empty(pqu))
	{
		throw std::exception("queue is empty!")//return -1;//-1  队列为NULL  |  数据为 -1
	}
	return pqu->arr[(pqu->rear+MAX_SIZE-1)%MAX_SIZE];
}

程序测试

main.cpp代码测试

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

int main()
{
 Queue que;
 init(&que);
 for (int i = 0; i < 8; i++)
 {
  enqueue(&que, i + 1);
 }
 int rtfront = front(&que);
 int rtback = back(&que);
 printf("front: %d\n", rtfront);
 printf("back: %d\n", rtback);
 dequeue(&que);
 enqueue(&que, -1);
 rtfront = front(&que);
 rtback = back(&que);
 printf("front: %d\n", rtfront);
 printf("back: %d\n", rtback);
 return 0;
}