C语言实现顺序循环队列实例

什么是顺序循环队列？

在计算机科学中，队列（Queue）是一个数据结构，用于存储按顺序排列的元素，具有FIFO（First In First Out）的特点。顺序循环队列是一种基于数组实现的队列，在队列尾部加入元素，在队列头部删除元素。

顺序循环队列的实现

数据结构定义

顺序循环队列的核心是数据结构的定义，它包含以下信息：

• 队列最大长度max_length
• 队头位置head
• 队尾位置tail
• 数据存储data

#define MAX_LENGTH 10

typedef struct {
    int max_length;
    int head;
    int tail;
    int data[MAX_LENGTH];
}CircleQueue;

初始化

当创建一个空队列时，必须先将队列的头部和尾部位置都指向0，代表当前队列没有数据。

void init(CircleQueue *queue)
{
    queue->max_length = MAX_LENGTH;
    queue->head = 0;
    queue->tail = 0;
}

入队

当向队列里添加一个元素时，先判断队列是否已满，即队尾位置是否与队列最大长度相等。如果是，说明队列已满，无法添加新元素。否则，将新元素添加到队尾，同时更新队尾位置。

int enqueue(CircleQueue *queue, int value)
{
    if (queue->tail == queue->max_length) {
        printf("队列已满，无法添加元素\n");
        return -1;
    }
    queue->data[queue->tail] = value;
    queue->tail++;
    return 0;
}

出队

当从队列中删除一个元素时，先判断队列是否为空，即队头位置是否等于队尾位置。如果是，说明队列为空，没有元素可以被删除。否则，将队头元素删除，同时更新队头位置。

int dequeue(CircleQueue *queue, int *pvalue)
{
    if (queue->head == queue->tail) {
        printf("队列为空，没有元素可以被删除\n");
        return -1;
    }
    *pvalue = queue->data[queue->head];
    queue->head++;
    return 0;
}

示例说明

以下是一个使用顺序循环队列实现的队列的示例代码。通过该代码，可以更好地理解上述数据结构定义及入队、出队操作的逻辑。

#include <stdio.h>

#define MAX_LENGTH 10

typedef struct {
    int max_length;
    int head;
    int tail;
    int data[MAX_LENGTH];
}CircleQueue;

void init(CircleQueue *queue)
{
    queue->max_length = MAX_LENGTH;
    queue->head = 0;
    queue->tail = 0;
}

int enqueue(CircleQueue *queue, int value)
{
    if (queue->tail == queue->max_length) {
        printf("队列已满，无法添加元素\n");
        return -1;
    }
    queue->data[queue->tail] = value;
    queue->tail++;
    return 0;
}

int dequeue(CircleQueue *queue, int *pvalue)
{
    if (queue->head == queue->tail) {
        printf("队列为空，没有元素可以被删除\n");
        return -1;
    }
    *pvalue = queue->data[queue->head];
    queue->head++;
    return 0;
}

int main()
{
    CircleQueue queue;
    init(&queue);

    int value, i;
    for (i = 0; i < 11; i++) {
        if (enqueue(&queue, i) == -1) {
            break;
        }
    }

    for (i = 0; i < 11; i++) {
        if (dequeue(&queue, &value) == -1) {
            break;
        }
        printf("%d,", value);
    }
    return 0;
}

程序输出结果如下：

队列已满，无法添加元素
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,

该示例代码中，创建了一个队列，通过for循环往队列中添加了11个元素。当队列已满时，无法继续添加新元素。接着循环从队列中取出元素，并将取出的元素打印到屏幕上。在没有取出所有元素之前，如果队列为空，将停止取出元素。最终，程序输出了10个元素的值。