【数据结构】循环队列与链队列

目录

一、队列基础知多少

二、循环队列：环环相扣的存储魔法

（一）结构与原理大揭秘

（二）操作实现全解析

（三）优缺点深度剖析

（四）应用场景大放送

三、链队列：灵活链接的存储之道

（一）结构与原理细讲解

（二）操作实现精展示

（三）优缺点全面分析

（四）应用场景全罗列

四、两者对比：究竟该选谁

五、总结与展望

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一、队列基础知多少

        在数据结构的大家庭中，队列是一种非常重要且基础的数据结构，它遵循着先进先出（First In First Out，FIFO）的原则。就像我们日常生活中排队买票一样，先排在队伍中的人会先买到票并离开队伍，后来的人则依次在队尾加入排队 。在队列中，允许插入元素的一端称为队尾（rear），允许删除元素的一端称为队头（front）。当队列中没有任何元素时，我们称其为空队列。

        比如，你去银行办理业务，取号之后，会按照号码从小到大的顺序依次等待叫号办理，先取号的人先办理，这就是典型的队列应用场景。在计算机领域，队列也有着广泛的应用，像操作系统中的进程调度、广度优先搜索算法（BFS）等，都离不开队列的支持。 队列常见的基本操作有：初始化队列（InitQueue），用于创建一个空队列；判断队列是否为空（QueueEmpty）；入队操作（EnQueue），将元素添加到队尾；出队操作（Dequeue），从队头删除元素；获取队头元素（GetHead），返回队头元素的值但不删除它 。这些操作构成了队列的基本功能，是我们后续深入学习循环队列和链队列的基础。

二、循环队列：环环相扣的存储魔法

（一）结构与原理大揭秘

        循环队列是一种特殊的队列，它在逻辑上是一个环形的结构 。从结构定义来看，它通常使用数组来存储元素，同时设有两个指针，一个是头指针front，用于指向队列的头部元素；另一个是尾指针rear，指向队列尾部元素的下一个位置。

        它的循环原理是通过取模运算（%）来实现的。当rear指针移动到数组末尾时，如果数组头部还有空闲空间，下一个入队的元素就可以重新从数组头部开始存储。比如，假设数组大小为n，当rear到达n - 1位置后，下一次入队时rear会通过(rear + 1) % n计算，重新回到位置0，就好像队列的首尾相连形成了一个环 。这样做的好处是避免了普通顺序队列在队头元素出队后，队头前面的空间无法被利用的问题，大大提高了空间利用率 。举个例子，假如我们有一个大小为 5 的循环队列数组[0, 0, 0, 0, 0]，初始时front = 0，rear = 0。当元素1入队时，rear变为(0 + 1) % 5 = 1，元素1存放在位置1；当元素2入队时，rear变为(1 + 1) % 5 = 2，元素2存放在位置2；当元素3、4、5依次入队后，rear分别变为3、4、0 。

（二）操作实现全解析

初始化：

        在初始化循环队列时，我们需要将头指针front和尾指针rear都设置为0，表示队列为空。以 C 语言代码为例：

#define MAXSIZE 100

typedef struct {

int data[MAXSIZE];

int front;

int rear;

} CirQueue;

void InitQueue(CirQueue *Q) {

Q->front = Q->rear = 0;

}

入队：

        入队操作是将新元素添加到队列尾部。首先要判断队列是否已满，如果已满则无法入队；否则，将新元素存入rear指针指向的位置，然后rear指针后移（通过取模运算实现循环移动）。代码如下：

int EnQueue(CirQueue *Q, int x) {

if ((Q->rear + 1) % MAXSIZE == Q->front) {

// 队列已满

return 0;

}

Q->data[Q->rear] = x;

Q->rear = (Q->rear + 1) % MAXSIZE;

return 1;

}

出队：

        出队操作是从队列头部删除元素。先判断队列是否为空，若为空则无法出队；否则，取出front指针指向的元素，然后front指针后移（同样通过取模运算实现循环移动）。代码如下：

int DeQueue(CirQueue *Q, int *x) {

if (Q->front == Q->r