【数据结构 03】循环队列

一、原理

循环队列从功能角度具有队列的性质，即遵从先进先出原则，但是其存储方式是顺序存储。

循环队列的存储空间大小通常都是固定的，通过前指针和尾指针的移动控制循环队列数据的增删。

特征：顺序存储、先进先出、容量有限（循环利用）

设计理念：

1. 初始化一个队列空间（容量为C），这是循环队列能够存储数据的最大容量数
2. 设置头指针front和尾指针rear，刚开始时front和rear指向同一个数据存储地址
3. 新增数据，front不动，rear指向下一个数据存储地址
4. 删除数据，rear不懂，front指向下一个数据存储地址
5. 为了防止front和rear越界，front和rear在每次移动之后都会对容量C取模

当循环队列为空或为满的时候，front和rear都指向同一个位置，该如何区分呢？

1. 在容量为C的队列空间中，取出一个数据块空间不存储数据，用于区分队列空和队列满
2. 此空数据块位于front的后一个地址，当rear和front之间只相隔一个数据块，即规定的空数据块时，不再新增数据
3. 随着队列前指针front移动，空数据块也跟着移动

二、CircularQueue.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define CAPACITY 5
// 循环队列的容量，通常循环队列存储元素的个数为容量-1

typedef int DataType;

typedef struct CirQueue
{
	DataType* data;
	int front;
	int rear;
}CirQueue;

void Init(CirQueue* cq)
{
	cq->data = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * CAPACITY);
	cq->front = cq->rear = 0;
}

int Empty(CirQueue* cq)
{
	return cq->front == cq->rear;
}

int Full(CirQueue* cq)
{
	return (cq->rear + 1) % CAPACITY == cq->front;
}

void Push(CirQueue* cq, DataType x)
{
	if (Full(cq))
	{
		printf("循环队列已满，push失败\n");
		return;
	}

	cq->data[cq->rear] = x;
	cq->rear = (cq->rear + 1) % CAPACITY;
}

void Pop(CirQueue* cq)
{
	if (Empty(cq))
	{
		printf("循环队列已空，pop失败\n");
		return;
	}

	cq->front = (cq->front + 1) % CAPACITY;
}

int Size(CirQueue* cq)
{
	return ((cq->rear + CAPACITY) - cq->front) % CAPACITY;
}

void Print(CirQueue* cq)
{
	if (Empty(cq))
	{
		printf("循环队列为空\n ");
		return;
	}

	int pos = cq->front;
	while (pos != cq->rear)
	{
		printf("%2d ", cq->data[pos]);
		pos = (pos + 1) % CAPACITY;
	}
	printf("，循环队列存储元素个数为：%d\n", Size(cq));
}

三、test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "CircularQueue.h"

int main()
{
	CirQueue cq;
	Init(&cq);

	Push(&cq, 1);
	Push(&cq, 3);
	Push(&cq, 5);
	Push(&cq, 7);
	Push(&cq, 2);
	Push(&cq, 4);
	Push(&cq, 6);
	Push(&cq, 8);
	Print(&cq);

	Pop(&cq);
	Pop(&cq);
	Print(&cq);

	Push(&cq, 10);
	Print(&cq);

	Pop(&cq);
	Pop(&cq);
	Pop(&cq);
	Pop(&cq);
	Pop(&cq);
	Print(&cq);
}