大话数据结构系列之队列初体验（十一）

定义

队列（queue）是只允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。
队列是一种先进先出（ First In First Out ）的线性表，简称 FIFO。允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端称为队头。

抽象数据类型

循环队列

我们把队列的这种头尾相接的顺序存储结构称为循环队列

循环队列代码实现

C 语言

#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   
#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status; 
typedef int QElemType; /* QElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

/* 循环队列的顺序存储结构 */
typedef struct
{
    QElemType data[MAXSIZE];
    int front;      /* 头指针 */
    int rear;       /* 尾指针，若队列不空，指向队列尾元素的下一个位置 */
}SqQueue;

Status visit(QElemType c)
{
    printf("%d ",c);
    return OK;
}

/* 初始化一个空队列Q */
Status InitQueue(SqQueue *Q)
{
    Q->front=0;
    Q->rear=0;
    return  OK;
}

/* 将Q清为空队列 */
Status ClearQueue(SqQueue *Q)
{
    Q->front=Q->rear=0;
    return OK;
}

/* 若队列Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(SqQueue Q)
{ 
    if(Q.front==Q.rear) /* 队列空的标志 */
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}

/* 返回Q的元素个数，也就是队列的当前长度 */
int QueueLength(SqQueue Q)
{
    return  (Q.rear-Q.front+MAXSIZE)%MAXSIZE;
}

/* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
Status GetHead(SqQueue Q,QElemType *e)
{
    if(Q.front==Q.rear) /* 队列空 */
        return ERROR;
    *e=Q.data[Q.front];
    return OK;
}

/* 若队列未满，则插入元素e为Q新的队尾元素 */
Status EnQueue(SqQueue *Q,QElemType e)
{
    if ((Q->rear+1)%MAXSIZE == Q->front)    /* 队列满的判断 */
        return ERROR;
    Q->data[Q->rear]=e;         /* 将元素e赋值给队尾 */
    Q->rear=(Q->rear+1)%MAXSIZE;/* rear指针向后移一位置， */
                                /* 若到最后则转到数组头部 */
    return  OK;
}

/* 若队列不空，则删除Q中队头元素，用e返回其值 */
Status DeQueue(SqQueue *Q,QElemType *e)
{
    if (Q->front == Q->rear)            /* 队列空的判断 */
        return ERROR;
    *e=Q->data[Q->front];               /* 将队头元素赋值给e */
    Q->front=(Q->front+1)%MAXSIZE;  /* front指针向后移一位置， */
                                    /* 若到最后则转到数组头部 */
    return  OK;
}

/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
Status QueueTraverse(SqQueue Q)
{ 
    int i;
    i=Q.front;
    while((i+Q.front)!=Q.rear)
    {
        visit(Q.data[i]);
        i=(i+1)%MAXSIZE;
    }
    printf("\n");
    return OK;
}

int main()
{
    Status j;
    int i=0,l;
    QElemType d;
    SqQueue Q;
    InitQueue(&Q);
    printf("初始化队列后，队列空否？%u(1:空 0:否)\n",QueueEmpty(Q));

    printf("请输入整型队列元素(不超过%d个),-1为提前结束符: ",MAXSIZE-1);
    do
    {
        /* scanf("%d",&d); */
        d=i+100;
        if(d==-1)
            break;
        i++;
        EnQueue(&Q,d);
    }while(i<MAXSIZE-1);

    printf("队列长度为: %d\n",QueueLength(Q));
    printf("现在队列空否？%u(1:空 0:否)\n",QueueEmpty(Q));
    printf("连续%d次由队头删除元素,队尾插入元素:\n",MAXSIZE);
    for(l=1;l<=MAXSIZE;l++)
    {
        DeQueue(&Q,&d);
        printf("删除的元素是%d,插入的元素:%d \n",d,l+1000);
        /* scanf("%d",&d); */
        d=l+1000;
        EnQueue(&Q,d);
    }
    l=QueueLength(Q);

    printf("现在队列中的元素为: \n");
    QueueTraverse(Q);
    printf("共向队尾插入了%d个元素\n",i+MAXSIZE);
    if(l-2>0)
        printf("现在由队头删除%d个元素:\n",l-2);
    while(QueueLength(Q)>2)
    {
        DeQueue(&Q,&d);
        printf("删除的元素值为%d\n",d);
    }

    j=GetHead(Q,&d);
    if(j)
        printf("现在队头元素为: %d\n",d);
    ClearQueue(&Q);
    printf("清空队列后, 队列空否？%u(1:空 0:否)\n",QueueEmpty(Q));
    return 0;
}

Java 语言

package com.example.stack;

/* 循环队列的顺序存储结构 
 * 备注：下标为0处，不存储元素
 * */
public class SqQueue<T> {
    
    /* 存储空间初始分配量 */
    int maxsize=20; 
    
     /* 数组，存储数据元素 */
    Object[] values = new Object[20];
    
    /* 头指针 */
    int front;
    
    /* 尾指针，若队列不空，指向队列尾元素的下一个位置 */
    int rear;
    
    /* 初始化一个空队列Q */
    int initQueue(){
     this.front = 0;
     this.rear = 0;
     return 1;  
    }
    
    /* 若队列Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
    boolean queueEmpty(){
        if(this.front == this.rear)
            return true;
        else
            return false;
    }
    
    /* 将Q清为空队列 */
    int clearQueue(){
        this.front=this.rear=0;//666
        return 1;
    }
    
    /* 返回Q的元素个数，也就是队列的当前长度 */
    int queueLength(){
        return (this.rear - this.front + this.maxsize) % this.maxsize;
    }
    
    /* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T getHead(){
        if(this.front == this.rear)
            throw new NullPointerException("为空队列");
        return (T) this.values[this.front];
    }
    
    /* 若队列未满，则插入元素e为Q新的队尾元素 */
    int enQueue(T e){
        /* 队列满的判断 待理解*/
        if((this.rear + 1) % this.maxsize == this.front)
            throw new NullPointerException("该队列已满！");//实际还剩余一个空位 :>
        this.values[this.rear] = e;
        /* rear指针向后移一位置，若到最后则转到数组头部 */
        this.rear = (this.rear + 1) % this.maxsize;
        return 1;
    }
    
    /* 若队列不空，则删除Q中队头元素，用e返回其值 */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T deQueue(){
        if(this.front == this.rear)
            throw new NullPointerException("为空队列");
        T elem = (T) this.values[this.front];
        /* front指针向后移一位置，若到最后则转到数组头部 */
        this.front = (this.front + 1) % this.maxsize;
        return elem;
    }
    
    /* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
    int queueTraverse(){
        int i = this.front;
        while((i + this.front) != this.rear){
            System.out.println(this.values[i]);
            i = (i+1) % this.maxsize;
        }
        return 1;
    }

    public static void main(String[] args){
        int maxsize = 20;
        int d;
        int i=0,l; 
        SqQueue<Integer> q = new SqQueue<Integer>();
        q.initQueue();
        System.out.println("初始化队列后，队列空否？%u(1:空 0:否)\n"+q.queueEmpty());

        System.out.println("请输入整型队列元素(不超过%d个),-1为提前结束符: ");
        do
        {
            /* scanf("%d",&d); */
            d=i+100;
            if(d==-1)
                break;
            i++;
            q.enQueue(d);
        }while(i<maxsize-1);

        System.out.println("队列长度为: %d\n"+q.queueLength());
        System.out.println("现在队列空否？%u(1:空 0:否)\n"+q.queueEmpty());
        System.out.println("连续%d次由队头删除元素,队尾插入元素:\n"+maxsize);
        for(l=1;l<=maxsize;l++)
        {
            System.out.println("删除的元素是%d"+q.deQueue()+"插入的元素:%d \n"+(l+1000));
            /* scanf("%d",&d); */
            d=l+1000;
            q.enQueue(d);
        }
        l=q.queueLength();

        System.out.println("现在队列中的元素为: \n");
        q.queueTraverse();
        System.out.println("共向队尾插入了%d个元素\n"+(i+maxsize));
        if(l-2>0)
            System.out.println("现在由队头删除%d个元素:\n"+(l-2));
        while(q.queueLength()>2)
        {
            System.out.println("删除的元素值为%d\n"+q.deQueue());
        }

        System.out.println("现在队头元素为: %d\n"+q.getHead());
        q.clearQueue();
        System.out.println("清空队列后, 队列空否？%u(1:空 0:否)\n"+q.queueEmpty());
}
}