数据结构与算法分析：C语言实现队列的两种方法

闲谈

2023-12-23 11:52:01

队列数据结构在 C 语言中的实现

什么是队列？

想象一下在杂货店的收银台前排队的情况。这个队伍就是一个队列数据结构的实际例子。它遵循先进先出 (FIFO) 原则，即最早进入队列的人最先得到服务。队列在计算机科学中非常重要，用于各种场景，如模拟排队、管理消息和作为计算机缓存。

C 语言中队列的实现

在 C 语言中，我们可以使用两种方法实现队列：

链式存储

带头结点的链式存储

这是最常见的队列实现方式。它包含一个头结点和一系列数据节点，每个节点指向下一个。头结点指向队列的开头，尾结点指向队列的末尾。

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
};

struct Queue {
    struct Node *front;
    struct Node *rear;
};

不带头结点的链式存储

这种实现方式没有头结点，因此 front 和 rear 指针直接指向队列的开头和末尾。

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
};

struct Queue {
    struct Node *front;
    struct Node *rear;
};

循环数组

循环数组队列将元素存储在一个循环数组中，避免了在队列尾部插入元素时移动所有元素的问题。

struct Queue {
    int *array;
    int front;
    int rear;
    int size;
};

操作

队列的基本操作包括入队和出队：

入队 (enqueue) 将元素添加到队列的尾部。

出队 (dequeue) 从队列的头部移除元素。

示例代码：

// 链式存储队列
void enqueue(struct Queue *queue, int data) {
    struct Node *new_node = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
    new_node->data = data;
    new_node->next = NULL;

    if (queue->rear == NULL) {
        queue->front = queue->rear = new_node;
    } else {
        queue->rear->next = new_node;
        queue->rear = new_node;
    }
}

int dequeue(struct Queue *queue) {
    if (queue->front == NULL) {
        return -1;
    }

    int data = queue->front->data;
    struct Node *temp = queue->front;
    queue->front = queue->front->next;

    free(temp);

    if (queue->front == NULL) {
        queue->rear = NULL;
    }

    return data;
}

// 循环数组队列
void enqueue(struct Queue *queue, int data) {
    if ((queue->rear + 1) % queue->size == queue->front) {
        printf("队列已满\n");
        return;
    }

    queue->array[queue->rear] = data;
    queue->rear = (queue->rear + 1) % queue->size;
}

int dequeue(struct Queue *queue) {
    if (queue->front == queue->rear) {
        printf("队列已空\n");
        return -1;
    }

    int data = queue->array[queue->front];
    queue->front = (queue->front + 1) % queue->size;

    return data;
}