使用 C 的 DSA - 队列

概述

队列是一种类似于堆栈的数据结构，主要区别在于插入的第一个项目是第一个被移除的项目（FIFO - 先进先出），而堆栈基于 LIFO，后进先出原则。

队列表示

基本操作

• 插入/入队 − 将一个项目添加到队列的后面。

• 移除/出队 − 从队列的前面移除一个项目。

我们将在本文中使用数组实现队列。队列支持以下几个操作。

• Peek − 获取队列前面的元素。

• isFull − 检查队列是否已满。

• isEmpty − 检查队列是否为空。

插入/入队操作

每当将元素插入队列时，队列都会增加后索引以供以后使用，并将该元素存储在存储的后端。如果后端到达最后一个索引，它将被包装到底部位置。这种安排称为环绕，这种队列是循环队列。此方法也称为入队操作。

void insert(int data){
   if(!isFull()){
      if(rear == MAX-1){
         rear = -1;            
      }       
      intArray[++rear] = data;
      itemCount++;
   }
}

移除/出队操作

每当要从队列中移除元素时，队列都会使用前索引获取元素并增加前索引。作为环绕式安排，如果前索引大于数组的最大索引，则将其设置为 0。

int removeData(){
   int data = intArray[front++];
   if(front == MAX){
      front = 0;
   }
   itemCount--;
   return data;  
}

示例

QueueDemo.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define MAX 6

int intArray[MAX];
int front = 0;
int rear = -1;
int itemCount = 0;

int peek(){
   return intArray[front];
}
bool isEmpty(){
   return itemCount == 0;
}
bool isFull(){
   return itemCount == MAX;
}
int size(){
   return itemCount;
}
void insert(int data){
   if(!isFull()){
      if(rear == MAX-1){
         rear = -1;            
      }       
      intArray[++rear] = data;
      itemCount++;
   }
}
int removeData(){
   int data = intArray[front++];
   if(front == MAX){
      front = 0;
   }
   itemCount--;
   return data;  
}
int main() {
   /* insert 5 items */
   insert(3);
   insert(5);
   insert(9);
   insert(1);
   insert(12);

   // front : 0
   // rear  : 4
   // ------------------
   // index : 0 1 2 3 4 
   // ------------------
   // queue : 3 5 9 1 12
   insert(15);

   // front : 0
   // rear  : 5
   // ---------------------
   // index : 0 1 2 3 4  5 
   // ---------------------
   // queue : 3 5 9 1 12 15
   if(isFull()){
      printf("Queue is full!
");   
   }

   // remove one item 
   int num = removeData();
   printf("Element removed: %d
",num);
   // front : 1
   // rear  : 5
   // -------------------
   // index : 1 2 3 4  5
   // -------------------
   // queue : 5 9 1 12 15

   // insert more items
   insert(16);

   // front : 1
   // rear  : -1
   // ----------------------
   // index : 0  1 2 3 4  5
   // ----------------------
   // queue : 16 5 9 1 12 15

   // As queue is full, elements will not be inserted. 
   insert(17);
   insert(18);

   // ----------------------
   // index : 0  1 2 3 4  5
   // ----------------------
   // queue : 16 5 9 1 12 15
   printf("Element at front: %d
",peek());

   printf("----------------------
");
   printf("index : 5 4 3 2  1  0
");
   printf("----------------------
");
   printf("Queue:  ");
   while(!isEmpty()){
      int n = removeData();           
      printf("%d ",n);
   }   
}

输出

如果我们编译并运行上述程序，则会产生以下输出 −

Queue is full!
Element removed: 3
Element at front: 5
----------------------
index : 5 4 3 2 1 0
----------------------
Queue: 5 9 1 12 15 16