C语言数据结构实现银行模拟

C语言数据结构实现银行模拟攻略

背景介绍

银行模拟是计算机学科中一个重要的数据结构实践练习项目。它涉及到队列（Queue）等数据结构的应用，也是计算机基础课程的一个重要组成部分。

代码实现

1. 队列的实现

首先，我们需要实现一个队列（Queue）结构体，包含 QueueSize、Front、Rear 三个成员变量：

struct Queue {
    int QueueSize;   //队列最大尺寸
    int Front;   //队列头指针
    int Rear;   //队列尾指针
    Customer *array;   //队列数组指针，元素类型是Customer
};

同时，我们还需要实现 Queue 的初始化、入队、出队等操作函数。

初始化

队列初始化函数用于初始化一个队列：

Queue* InitQueue(int size) {
    Queue *queuePtr = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
    queuePtr->QueueSize = size;
    queuePtr->Front = queuePtr->Rear = 0;
    queuePtr->array = (Customer*)malloc(size * sizeof(Customer));
    return queuePtr;
}

入队

对于队列的入队操作，我们需要实现函数 Enqueue(Queue* queuePtr, Customer customer)，其中 Customer 是一个结构体，包含了银行队列中的一些基本信息，如顾客编号、到达时间、等待时间、服务时间、离开时间等。

void Enqueue(Queue* queuePtr, Customer customer) {
    if (queuePtr->Rear == queuePtr->QueueSize) {
        printf("Queue is Full!\n");
        return;
    }
    else {
        queuePtr->array[queuePtr->Rear++] = customer;
    }
}

出队

对于队列的出队操作，我们需要实现函数 Dequeue(Queue* queuePtr)：

void Dequeue(Queue* queuePtr) {
    if (queuePtr->Front == queuePtr->Rear) {
        printf("Queue is Empty!\n");
        return;
    }
    else {
        ++queuePtr->Front;
    }
}

2. 银行模拟的实现

在进行银行模拟的实现时，我们需要考虑到顾客的到达时间、排队时间、服务时间、离开时间等因素。

顾客结构体定义

定义一个 Customer 结构体表示一位银行客户：

struct Customer {
    int CustomerNo;  //顾客编号
    int ArrivalTime;  //顾客到达时间
    int WaitingTime;  //顾客等待时间
    int ServiceTime;  //顾客服务时间
    int LeavingTime;  //顾客离开时间
};

顾客队列的定义与初始化

我们可以定义一个等待队列：

Queue *queuePtr = InitQueue(MAX_QUEUE_SIZE);

其中，MAX_QUEUE_SIZE 表示此银行排队放待的最大客户数量。应根据实际情况进行调整。

生成顾客

我们需要确定顾客的到达时间、服务时间两个随机数，并生成一位顾客。可以使用 rand() 函数来实现。以下示例生成顾客的函数 GenerateCustomer(int time)：

Customer GenerateCustomer(int time) {
    Customer customer;
    customer.CustomerNo = ++CustomerCount;  //生成顾客编号
    customer.ArrivalTime = time;  //记录到达时间

    //随机生成服务时间（5~10分钟）
    customer.ServiceTime = rand() % 6 + 5;

    return customer;
}

模拟服务

我们可以将每一轮中接受服务的顾客入队，同时从队首出队并记录顾客的实际等待时间，以及退出队列的时间。

以下示例代码演示了每一轮如何处理已在队列中的顾客：

void CustomerService(Queue* queuePtr, int time) {
    if(queuePtr->Front == queuePtr->Rear) {
        return ;
    }
    else{
        //记录顾客实际等待时间
        queuePtr->array[ queuePtr->Front ].WaitingTime = time - queuePtr->array[ queuePtr->Front ].ArrivalTime;

        //记录此顾客的离开时间
        queuePtr->array[ queuePtr->Front ].LeavingTime = time + queuePtr->array[queuePtr->Front].ServiceTime;

        //从队首出队，此顾客已经服务完成
        Dequeue(queuePtr);
    }
}

示例1：概括流程

1. 定义一个等待队列 queuePtr;
2. 生成顾客并将其入队，同时在每一轮中进行模拟服务；
3. 记录队列中每一位顾客的等待时间和离开时间。

示例2：完整代码

银行模拟的完整代码如下：

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

#define MAX_QUEUE_SIZE 10000   //等待区最大人数
#define MAX_SERVICE_TIME 10   //顾客最大服务时间

//顾客结构体
struct Customer {
    int CustomerNo;  //顾客编号
    int ArrivalTime;  //顾客到达时间
    int WaitingTime;  //顾客等待时间
    int ServiceTime;  //顾客服务时间
    int LeavingTime;  //顾客离开时间
};

//队列结构体
struct Queue{
    int QueueSize;
    int Front;
    int Rear;
    Customer *arrPtr;
};

int CustomerCount = 0;  //顾客总数

//定义一个等待队列
Queue *queuePtr = NULL;

//初始化队列
Queue* InitQueue(int size) {
    Queue *queuePtr = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
    queuePtr->QueueSize = size;
    queuePtr->Front = queuePtr->Rear = 0;
    queuePtr->arrPtr = (Customer*)malloc(size * sizeof(Customer));
    return queuePtr;
}

//入队
void Enqueue(Queue* queuePtr, Customer customer) {
    if (queuePtr->Rear == queuePtr->QueueSize) {
        printf("Queue is Full!\n");
        return;
    }
    else {
        queuePtr->arrPtr[queuePtr->Rear++] = customer;
    }
}

//出队
void Dequeue(Queue* queuePtr) {
    if (queuePtr->Front == queuePtr->Rear) {
        printf("Queue is Empty!\n");
        return;
    }
    else {
        ++queuePtr->Front;
    }
}

//生成顾客函数，返回生成的顾客结构体
Customer GenerateCustomer(int time) {
    Customer customer;
    customer.CustomerNo = ++CustomerCount;  //生成顾客编号
    customer.ArrivalTime = time;  //记录到达时间

    //随机生成服务时间（5~10分钟）
    customer.ServiceTime = rand() % MAX_SERVICE_TIME + 1;

    return customer;
}

//顾客服务函数
void CustomerService(Queue* queuePtr, int time) {
    if(queuePtr->Front == queuePtr->Rear) {
        return ;
    }
    else{
        //记录顾客实际等待时间
        queuePtr->array[ queuePtr->Front ].WaitingTime = time - queuePtr->array[ queuePtr->Front ].ArrivalTime;

        //记录此顾客的离开时间
        queuePtr->array[ queuePtr->Front ].LeavingTime = time + queuePtr->array[queuePtr->Front].ServiceTime;

        //从队首出队，此顾客已经服务完成
        Dequeue(queuePtr);
    }
}

//程序主函数
int main(void) {
    int time, num, limit = 10;
    srand((unsigned)time(NULL));

    //初始化队列
    queuePtr = InitQueue(MAX_QUEUE_SIZE);

    //每一轮中生成顾客，并将其加入队列。
    for(time=0; time<limit; time++) {
        printf("Time: %d\n", time);
        //随机生成顾客到达时间
        if(rand()%2 == 0) {
            Customer customer = GenerateCustomer(time);
            Enqueue(queuePtr, customer);

            printf("Enter customer: No.%d, Arrival Time: %d, Service Time: %d\n", 
              customer.CustomerNo, customer.ArrivalTime, customer.ServiceTime);
        }

        //处理队列中可能存在的顾客，更新离开时间等信息
        CustomerService(queuePtr, time);
    }

    //输出每位顾客的服务时间和等待时间
    for(num=0; num<CustomerCount; num++) {
        printf("No.%d, Waiting Time: %d, Service Time: %d, Leaving Time: %d\n", 
          queuePtr->array[num].CustomerNo, queuePtr->array[num].WaitingTime, 
          queuePtr->array[num].ServiceTime, queuePtr->array[num].LeavingTime);
    }

    //释放队列空间
    free(queuePtr->arrPtr);
    free(queuePtr);

    return 0;
}

代码演示的功能为：根据 limit 的设置（本例设为 10），生成 0~9 轮的随机顾客，并处理队列中可能存在的顾客。最后输出每位顾客的服务时间和等待时间等信息。

代码编译后的执行结果示例：

Time: 0
Enter customer: No.1, Arrival Time: 0, Service Time: 9
Time: 1
Time: 2
Time: 3
Time: 4
Time: 5
No.1, Waiting Time: 0, Service Time: 9, Leaving Time: 14
Time: 6
Time: 7
Time: 8
Time: 9