循环队列元素个数

1. 设有一个用数组Q[1..m]表示的环形队列,约定f为当前队头元素在数组中的位置,r为队尾元素的后一位置(按顺时针方向),若队列非空,则计算队列中元素个数的公式应为()

 

A、  (m+r-f)mod m

B、  r-f

C、  (m-r-f)mod m

D、  (m-r+f)mod m

 

答案为: A 

分析: 

 

      对于顺序队列,头指针和尾指针开始时刻都指向数组的0下标元素。当加入新元素以后,尾指针向后移动,指向最后一个元素的下一个位置。

但是尾指针不能超过数组的最大范围。当有元素删除时,头指针向后移动。但是头指针不能低于数组的0下标。这样就会引入一种“假溢出”现象,

数组中存在空余的空间,但是由于尾指针已经在最大位置,不能加入元素。

    循环队列就可以用来解决 假溢出 问题, 当队列后面的满了,就从头在开始,形成头尾相接的循环. 

    出现的问题:  front=rear即头指针和尾指针相等,但是对应两种情况:一种是队列是空,一种是队列是满。

    所以,我们定义循环队列中空出一个位置为满队列状态。front指向头元素,rear指向尾元素的下一个位置。

    那么循环队列的长度如何计算呢? 

     情况一:  当rear大于front时,循环队列的长度:rear-front

    情况二:  当rear小于front时,循环队列的长度:分为两部分计算 0+rear   和   Quesize-front  ,  将两部分的长度合并到一起即为: rear-front+Quesize

 

    所以将两种情况合为一种,即为:  总长度是(rear-front+Quesize)%Quesize

 

计算循环队列元素个数可以通过简单的数学运算完成。具体来说,利用 `(rear + MAXSIZE - front) % MAXSIZE` 可以得到队列中实际存在的元素数量[^1]。 以下是完整的 C 语言实现代码: ### 循环队列定义初始化 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAXSIZE 10 // 假设最大容量为10 typedef struct Queue { int data[MAXSIZE]; // 存储数据的数组 int front; // 队首指针 int rear; // 队尾指针 } Queue; // 初始化队列 void init(Queue *q) { q->front = q->rear = 0; // 初始时前后指针都指向0 } /// 计算队列长度函数 int length(Queue *q) { return (q->rear - q->front + MAXSIZE) % MAXSIZE; // 返回当前队列中的元素个数 } ``` --- ### 测试代码 下面是一个简单的测试例子来验证上述功能: ```c int main() { Queue queue; init(&queue); // 初始化队列 // 向队列入队一些元素模拟填充过程 for (int i = 0; i < 5; i++) { queue.data[(queue.rear++) % MAXSIZE] = i; // 模拟入队操作 } printf("Current Length of the Circular Queue: %d\n", length(&queue)); // 继续向队列入队更多元素直到接近满状态 for (int i = 5; i < 8; i++) { queue.data[(queue.rear++) % MAXSIZE] = i; } printf("Updated Length after more insertions: %d\n", length(&queue)); return 0; } ``` --- #### 运行结果解释 如果按照以上代码运行,则会打印两次队列长度: - 第一次应该是 `5` (因为有五个元素被加入) - 第二次应该是 `8` (再加入了三个更多的元素) 这表明我们的长度计算方法工作正常[^2]。 --- ### 关键点解析 1. **为什么使用模运算?** 当前/后指针可能绕回到数组起始处,通过取余 (`%`) 来处理这种环绕情况是非常必要的[^3]。 2. **为何要加上 `MAXSIZE` 再做 `%`?** 加上 `MAXSIZE` 确保即使 `rear-front` 结果为负也能得出正的结果,从而避免潜在错误[^4]。 ---
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