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循環隊列
鎖定
循環隊列簡介
循環隊列就是將隊列存儲空間的最後一個位置繞到第一個位置，形成邏輯上的環狀空間，供隊列循環使用。在循環隊列結構中，當存儲空間的最後一個位置已被使用而再要進入隊運算時，只需要存儲空間的第一個位置空閒，便可將元素加入到第一個位置，即將存儲空間的第一個位置作為隊尾。
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循環隊列可以更簡單防止偽溢出的發生，但隊列大小是固定的。
在循環隊列中，當隊列為空時，有front=rear，而當所有隊列空間全佔滿時，也有front=rear。為了區別這兩種情況，規定循環隊列最多隻能有MaxSize-1個隊列元素，當循環隊列中只剩下一個空存儲單元時，隊列就已經滿了。因此，隊列判空的條件是front=rear，而隊列判滿的條件是front=（rear+1)%MaxSize。
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循環隊列基本操作
// 隊列的順序存儲結構(循環隊列)
#define MAX_QSIZE 5 // 最大隊列長度+1
typedef struct {
int *base; // 初始化的動態分配存儲空間
int front; // 頭指針，若隊列不空，指向隊列頭元素
int rear; // 尾指針，若隊列不空，指向隊列尾元素的下一個位置
} SqQueue;
// 構造一個空隊列Q
SqQueue* Q_Init() {
SqQueue *Q = (SqQueue*)malloc(sizeof(SqQueue));
// 存儲分配失敗
if (!Q){
exit(OVERFLOW);
}
Q->base = (int *)malloc(MAX_QSIZE * sizeof(int));
// 存儲分配失敗
if (!Q->base){
exit(OVERFLOW);
}
Q->front = Q->rear = 0;
return Q;
}
// 銷燬隊列Q，Q不再存在
void Q_Destroy(SqQueue *Q) {
if (Q->base)
free(Q->base);
Q->base = NULL;
Q->front = Q->rear = 0;
free(Q);
}
// 將Q清為空隊列
void Q_Clear(SqQueue *Q) {
Q->front = Q->rear = 0;
}
// 若隊列Q為空隊列，則返回1；否則返回-1
int Q_Empty(SqQueue Q) {
if (Q.front == Q.rear) // 隊列空的標誌
return 1;
else
return -1;
}
// 返回Q的元素個數，即隊列的長度
int Q_Length(SqQueue Q) {
return (Q.rear - Q.front + MAX_QSIZE) % MAX_QSIZE;
}
// 若隊列不空，則用e返回Q的隊頭元素，並返回OK；否則返回ERROR
int Q_GetHead(SqQueue Q, int &e) {
if (Q.front == Q.rear) // 隊列空
return -1;
e = Q.base[Q.front];
return 1;
}
// 打印隊列中的內容
void Q_Print(SqQueue Q) {
int p = Q.front;
while (Q.rear != p) {
cout << Q.base[p] << endl;
p = (p + 1) % MAX_QSIZE;
}
}
// 插入元素e為Q的新的隊尾元素
int Q_Put(SqQueue *Q, int e) {
if ((Q->rear + 1) % MAX_QSIZE == Q->front) // 隊列滿
return -1;
Q->base[Q->rear] = e;
Q->rear = (Q->rear + 1) % MAX_QSIZE;
return 1;
}
// 若隊列不空，則刪除Q的隊頭元素，用e返回其值，並返回1；否則返回-1
int Q_Poll(SqQueue *Q, int &e) {
if (Q->front == Q->rear) // 隊列空
return -1;
e = Q->base[Q->front];
Q->front = (Q->front + 1) % MAX_QSIZE;
return 1;
}
循環隊列條件處理
循環隊列中，由於入隊時尾指針向前追趕頭指針；出隊時頭指針向前追趕尾指針，造成隊空和隊滿時頭尾指針均相等。因此，無法通過條件front==rear來判別隊列是"空"還是"滿"。
解決這個問題的方法至少有兩種：
① 另設一布爾變量以區別隊列的空和滿；
②另一種方式就是數據結構常用的： 隊滿時：(rear+1)%n==front，n為隊列長度（所用數組大小），由於rear，front均為所用空間的指針，循環只是邏輯上的循環，所以需要求餘運算。如圖1所示情況，隊已滿，但是rear（5）+1=6！=front（0），對空間長度求餘，作用就在此6%6=0=front（0）。
圖1
類型定義採用環狀模型來實現隊列,各數據成員的意義如下：
front指定隊首位置，刪除一個元素就將front順時針移動一位；
rear指向元素要插入的位置，插入一個元素就將rear順時針移動一位；
count存放隊列中元素的個數，當count等於MaxQSize時，不可再向隊列中插入元素。
循環隊列隊列
數據結構分為線性結構和非線性結構，隊列和線性表都是線性結構。線性表是由n 個數據元素組成的有限序列，該序列有惟一的“第一個”和惟一的“最後一個”數據元素；除了 “第一個”和“最後一個”之外，隊列中的每個數據元素都只有一個直接前驅和一個直接後繼。線性表的插入和刪除操作可以在表中任意位置進行。隊列是一種特殊的線性表，特殊之處在於它只允許在表的前端（front）進行刪除操作，而在表的後端（rear）進行插入操作，和棧一樣，隊列是一種操作受限制的線性表。進行插入操作的端稱為隊尾，進行刪除操作的端稱為隊頭。隊列中沒有元素時，稱為空隊列。
隊列的數據元素又稱為隊列元素。在隊列中插入一個隊列元素稱為入隊，從隊列中刪除一個隊列元素稱為出隊。因為隊列只允許在一端插入，在另一端刪除，所以只有最早進入隊列的元素才能最先從隊列中刪除，故隊列又稱為先進先出（FIFO—first in first out）線性表。
- 參考資料
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- 1. 楊非．C語言程序設計應試輔導: 二級：清華大學出版社，2006
- 2. 於洋.由隊列的實現論數據結構的教學方法[J].遼寧省交通高等專科學校學報,2014,16(04):70-72. ．中國知網[引用日期2019-07-19]
