线性表----循环队列(顺序表示)的基本操作

本文详细介绍了循环队列的实现方式,包括创建、判断空/满、元素入队、出队、获取队头元素及打印队列等功能。通过实例代码展示了如何使用循环队列进行基本操作。

一、运行结果


二、代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#define MAX 7

/**
 *@Name:线性表--队列--循环队列顺序表示 
 *@Description:循环队列的创建,元素的入队、出队、取队头元素,队列假溢出的判断等基本操作。
 *@Author:Freedoman
 *@Date: 2014-8-9
 */
 
struct SeqCirQueue			//循环队列类型
{
	int head;				/*队头*/ 
	int tail;				/*队尾*/ 
	int elements[MAX];				/*队列元素集*/
};
typedef struct SeqCirQueue * PSeqCirQueue;

/*函数声明*/
PSeqCirQueue createNullSeqCirQueue();
int isNullSeqCirQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue);
int isFullSeqCirQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue);
int enQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue);
int deQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue);
int loadQueueHeadElement(PSeqCirQueue curSeqCirQueue);
void printSeqCirQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue);


/*---------创建一个固定容量的空循环队列------------*/
PSeqCirQueue createNullSeqCirQueue(){
	printf("创建一个固定容量的空循环队列\n");
	PSeqCirQueue curSeqCirQueue = (PSeqCirQueue)malloc(sizeof(struct SeqCirQueue));
	if(curSeqCirQueue != NULL){
		curSeqCirQueue->head = 0; 
		curSeqCirQueue->tail = 0;
		printf("创建成功!\n");
	}else{
		printf("创建失败!\n");
		free(curSeqCirQueue);
	}
	return curSeqCirQueue;
}

/*----------判断一个循环队列是否为空------------*/ 
int isNullSeqCirQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue){
	if(curSeqCirQueue->head	== curSeqCirQueue->tail	){
		printf("空队列!\n");
		return 1;
	} else {
		printf("非空队列!\n");
		return 0;
	}
}

/*---判断一个循环队列是否为满(防止假溢出,从逻辑上把elements看成一个环)--*/ 
int isFullSeqCirQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue){
	if((curSeqCirQueue->tail+1) % MAX == curSeqCirQueue->head){
		printf("循环队列满!\n");
		return 1;
	} else {
		printf("循环队列未满!\n");
		return 0;
	}
}

/*-----------元素入队(限定在队尾操作)-----------*/
int enQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue){
	printf("元素入队\n");
	int data;
	
	// 入队可能上溢 
	if(!isFullSeqCirQueue(curSeqCirQueue)){
		printf("请输入元素>>>");
		scanf("%d",&data);
		curSeqCirQueue->elements[curSeqCirQueue->tail] = data;
		
		/////循环队列的重点,逻辑环 
		curSeqCirQueue->tail = (curSeqCirQueue->tail+ 1)%MAX;
		printf("入队成功!\n");
		printSeqCirQueue(curSeqCirQueue);
		return 1;
	}else{
		printf("上溢!\n");
		return 0;
	}
}

/*--------元素出队(限定在队头操作)---------*/ 
int deQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue){
	printf("元素出队\n");

	// 出队可能下溢 
	if(!isNullSeqCirQueue(curSeqCirQueue)){
		curSeqCirQueue->head = (curSeqCirQueue->head + 1)%MAX;
		printf("出队成功!\n");
		printSeqCirQueue(curSeqCirQueue);
		return 1;
	}else{
		printf("下溢!\n");
		return 0;
	}
}


/*--------------取队头元素(队列本身保持不变)---------------*/
int loadQueueHeadElement(PSeqCirQueue curSeqCirQueue){
	printf("取队头元素\n");
	int x;
	if(!isNullSeqCirQueue(curSeqCirQueue)){
		x = curSeqCirQueue->elements[curSeqCirQueue->head];
		printf("队头元素>>>>%d\n",x);
		return x;
	}
	return -1; 
}

/*------从头至尾打印当前队列元素-----*/ 
void printSeqCirQueue(PSeqCirQueue curSeqCirQueue){
	int i;
	printf("打印[");
	
	// 判断是否形成逻辑环 
	if(curSeqCirQueue->head < curSeqCirQueue->tail){
		for(i=curSeqCirQueue->head; i< curSeqCirQueue->tail; i++){
			printf(" %d ",curSeqCirQueue->elements[i]);
		}
	}else{
		for(i = curSeqCirQueue->head; i < MAX; i++){
			printf(" %d ",curSeqCirQueue->elements[i]);
		}
		for(i = 0; i <  (curSeqCirQueue->tail)&MAX; i++){
			printf(" %d ",curSeqCirQueue->elements[i]);
		}
	} 
	printf("]\n");
}

int main(){
	int input; 
	PSeqCirQueue curSeqCirQueue = NULL;
	printf("\n------循环队列的基本操作------\n");
	while(1){
		printf("\n 1_创建一个指定容量的空循环队列\n 2_判断当前队列是否为空\n 3_判断当前队列是否为空\n");
		printf(" 4_元素入队\n 5_元素出队\n 6_取栈队头元素\n 7_从头至尾打印当前队列元素\n");
		printf("\n请选择>>>");
		scanf("%d",&input);
		switch(input){
			case 1 : curSeqCirQueue = createNullSeqCirQueue();break;
			case 2 : isNullSeqCirQueue(curSeqCirQueue);break;
			case 3 : isFullSeqCirQueue(curSeqCirQueue);break;
			case 4 : enQueue(curSeqCirQueue);break;
			case 5 : deQueue(curSeqCirQueue);break;
			case 6 : loadQueueHeadElement(curSeqCirQueue);break;
			case 7 : printSeqCirQueue(curSeqCirQueue);break;
			default : printf("当前输入有误!\n");
		}
	}
	return 0;
}


### 循环队列的操作及相关实现 #### 1. **循环队列简介** 循环队列是一种特殊的线性数据结构,它解决了传统顺序队列可能现的“假溢”问题。通过将存储空间视为首尾相连的圆圈,利用取模运算实现了动态调整队头和队尾指针的功能[^4]。 --- #### 2. **常用操作集合** 以下是循环队列常见的基本操作- **初始化队列** 创建一个空的循环队列,并设定初始状态 `front` 和 `rear` 指针均指向同一位置(通常为 0)。 ```java public void init() { front = rear = 0; } ``` - **判断队列是否为空** 当 `front == rear` 时,表示队列为空。 ```java public boolean isEmpty() { return front == rear; } ``` - **判断队列是否已满** 使用 `(rear + 1) % maxSize == front` 判断队列是否满了。这是为了避免覆盖已有数据的一种常见策略。 ```java public boolean isFull() { return (rear + 1) % maxSize == front; } ``` - **入队操作** 将新元素加入到队列中,更新 `rear` 指针的位置。如果队列为满,则抛异常或返回错误提示。 ```java public void enqueue(int value) throws Exception { if (isFull()) throw new Exception("Queue Overflow"); queue[rear] = value; rear = (rear + 1) % maxSize; } ``` - **队操作** 移除队列头部的元素,更新 `front` 指针的位置。如果队列为空,则抛异常或返回错误提示。 ```java public int dequeue() throws Exception { if (isEmpty()) throw new Exception("Queue Underflow"); int data = queue[front]; front = (front + 1) % maxSize; return data; } ``` - **获取队头元素** 返回队列的第一个元素而不移除它。如果队列为空,则抛异常或返回错误提示。 ```java public int peek() throws Exception { if (isEmpty()) throw new Exception("Empty Queue"); return queue[front]; } ``` - **计算队列长度** 计算当前队列中有多少个有效数据项。公式为 `(rear + maxSize - front) % maxSize`。 ```java public int size() { return (rear + maxSize - front) % maxSize; } ``` --- #### 3. **实现方法详解** ##### 方法一:基于数组的顺序循环队列 这种实现方式是最基础也是最常用的。通过定义固定大小的数组来存储队列中的元素,并使用两个指针分别标记队头 (`front`) 和队尾 (`rear`) 的位置。 ```java public class CircularQueue { private int[] queue; private int front, rear, maxSize; public CircularQueue(int capacity) { this.maxSize = capacity; this.queue = new int[maxSize]; this.front = this.rear = 0; } public boolean isEmpty() { return front == rear; } public boolean isFull() { return (rear + 1) % maxSize == front; } public void enqueue(int value) throws Exception { if (isFull()) throw new Exception("Queue Overflow"); queue[rear] = value; rear = (rear + 1) % maxSize; } public int dequeue() throws Exception { if (isEmpty()) throw new Exception("Queue Underflow"); int data = queue[front]; front = (front + 1) % maxSize; return data; } public int size() { return (rear + maxSize - front) % maxSize; } } ``` ##### 方法二:基于链表的链式队列 链式队列不依赖于固定的数组容量,而是通过节点之间的链接关系构建队列。这种方式适合处理不确定数量的数据流场景。 ```java class Node { int data; Node next; public Node(int data) { this.data = data; this.next = null; } } public class LinkedListQueue { private Node head, tail; public LinkedListQueue() { this.head = this.tail = null; } public boolean isEmpty() { return head == null && tail == null; } public void enqueue(int value) { Node newNode = new Node(value); if (tail != null) { tail.next = newNode; } tail = newNode; if (head == null) { head = tail; } } public int dequeue() throws Exception { if (isEmpty()) throw new Exception("Queue Underflow"); int data = head.data; head = head.next; if (head == null) { tail = null; } return data; } public int size() { int count = 0; Node current = head; while (current != null) { count++; current = current.next; } return count; } } ``` --- #### 4. **总结与技巧** - 循环队列的核心在于如何合理管理 `front` 和 `rear` 指针,避免因索引越界而导致逻辑错误。 - 对于顺序循环队列,推荐采用 `(rear + 1) % maxSize == front` 来检测队满条件,这种方法无需额外内存开销即可满足需求。 - 如果需要频繁扩展队列容量或者无法预估最大容量,建议优先考虑链式队列的设计方案[^2]。 ---
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