C语言实现队列的示例详解

简介

队列是一种常用的数据结构，类似于排队，先进先出。C语言中可以使用结构体、数组、指针等方式来实现队列。本文将介绍如何使用数组实现队列。

实现过程

使用数组实现队列需要定义两个指针：一个指向队列头，一个指向队列尾。

1. 定义队列结构体

结构体定义如下，其中front为队列头指针，rear为队列尾指针，maxSize为队列容量，arr为存储数据的数组。

typedef struct {
    int front;
    int rear;
    int maxSize;
    int *arr;
} Queue;

2. 初始化队列

初始化队列需要给front和rear赋初始值-1，表示队列为空。maxSize为队列容量，可以根据需要进行修改。使用动态分配内存来分配arr数组。

void initQueue(Queue *queue, int maxSize) {
    queue->front = -1;
    queue->rear = -1;
    queue->maxSize = maxSize;
    queue->arr = (int*)malloc(maxSize * sizeof(int));
}

3. 判断队列是否为空

当front和rear的值相等时，表示队列为空。

int isEmpty(Queue *queue) {
    return queue->front == queue->rear;
}

4. 判断队列是否已满

当rear的值等于maxSize - 1时，表示队列已满。

int isFull(Queue *queue) {
    return queue->rear == queue->maxSize - 1;
}

5. 入队

当队列未满时，将数据添加到队列尾部。

void enqueue(Queue *queue, int data) {
    if (isFull(queue)) {
        printf("Queue is full, cannot enqueue!\n");
        return;
    }

    queue->rear++;
    queue->arr[queue->rear] = data;
}

6. 出队

当队列非空时，从队列头部取出数据。

int dequeue(Queue *queue) {
    if (isEmpty(queue)) {
        printf("Queue is empty, cannot dequeue!\n");
        return -1;
    }

    queue->front++;
    return queue->arr[queue->front];
}

7. 查看队头元素

查看队头元素不会改变队列的状态，即不会删除元素。

int peek(Queue *queue) {
    if (isEmpty(queue)) {
        printf("Queue is empty, no element to peek!\n");
        return -1;
    }

    return queue->arr[queue->front + 1];
}

8. 销毁队列

使用完队列后，需将分配的内存释放。

void destroyQueue(Queue *queue) {
    free(queue->arr);
    queue->arr = NULL;
    queue->front = -1;
    queue->rear = -1;
    queue->maxSize = 0;
}

示例说明

示例1

int main() {
    Queue queue;
    initQueue(&queue, 5);
    enqueue(&queue, 1);
    enqueue(&queue, 2);
    enqueue(&queue, 3);
    enqueue(&queue, 4);
    enqueue(&queue, 5);
    enqueue(&queue, 6); // 队列已满，无法入队
    printf("队头元素：%d\n", peek(&queue)); // 输出队头元素
    printf("出队元素：%d\n", dequeue(&queue)); // 出队
    printf("队头元素：%d\n", peek(&queue));
    destroyQueue(&queue);
    return 0;
}

输出结果：

Queue is full, cannot enqueue!
队头元素：1
出队元素：1
队头元素：2

示例2

int main() {
    Queue queue;
    initQueue(&queue, 5);
    printf("队列是否为空：%d\n", isEmpty(&queue)); // 队列为空
    enqueue(&queue, 1);
    enqueue(&queue, 2);
    printf("队列是否为空：%d\n", isEmpty(&queue)); // 队列非空
    printf("队头元素：%d\n", peek(&queue));
    printf("出队元素：%d\n", dequeue(&queue));
    printf("队头元素：%d\n", peek(&queue));
    printf("出队元素：%d\n", dequeue(&queue));
    printf("队列是否为空：%d\n", isEmpty(&queue)); // 队列为空
    destroyQueue(&queue);
    return 0;
}

输出结果：

队列是否为空：1
队列是否为空：0
队头元素：1
出队元素：1
队头元素：2
出队元素：2
队列是否为空：1

总结

以上是使用数组实现队列的详细攻略。队列作为一种基本的数据结构，在算法和程序设计中使用广泛，掌握如何实现队列对于提高编程能力非常有帮助。