C語言之環形佇列

嵌入式Linux知識共享發表於2023-05-14
C語言佇列

一、環形佇列的優勢

環形佇列是一種特殊的佇列，它可以解決普通佇列在使用時空間利用不充分的問題。在環形佇列中，當佇列滿時，佇列的尾指標指向佇列的起始位置，而不是指向佇列的最後一個元素。這樣可以在不浪費空間的情況下儲存更多的元素。
下面我們來詳細講解一下環形佇列的實現。

二、環形佇列的定義

首先，我們需要定義一個環形佇列的結構體，包含以下成員變數：

  • int *queue：指向環形佇列的指標；
  • int front：指向佇列的頭部；
  • int rear：指向佇列的尾部；
  • int size：佇列的容量。
typedef struct {
    int *queue;
    int front;
    int rear;
    int size;
} MyCircularQueue;

三、環形佇列的初始化

在初始化環形佇列時，我們需要為其動態分配記憶體空間，並將頭指標和尾指標都初始化為-1，表示佇列為空。

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
    MyCircularQueue *obj =(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));

    obj->queue = (int *)malloc(sizeof(int) * k);
    obj->front = -1;
    obj->rear = -1;
    obj->size = k;

    return obj;
}

四、環形佇列的入隊

當向佇列中插入元素時，我們需要先判斷佇列是否已滿。如果佇列已滿，則插入失敗，返回false；否則，將元素插入到佇列的尾部，並將尾指標指向下一個位置。

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{
    if (myCircularQueueIsFull(obj)) 
    {
        return false;
    }

    obj->rear = (obj->rear + 1) % obj->size;
    obj->queue[obj->rear] = value;
    if (obj->front == -1) 
　　{
        obj->front = obj->rear;
    }

    return true;
}

五、環形佇列的出隊

當從佇列中刪除元素時，我們需要先判斷佇列是否為空。如果佇列為空，則刪除失敗，返回false；否則，將元素從佇列的頭部刪除，並將頭指標指向下一個位置。

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }

    if (obj->front == obj->rear) 
    {
        obj->front = -1;
        obj->rear = -1;
        return true;
    }

    obj->front = (obj->front + 1) % obj->size;

    return true;
}

 六、環形佇列的檢視隊首元素

當檢視佇列的頭部元素時，我們需要先判斷佇列是否為空。如果佇列為空，則返回-1；否則返回佇列頭部的元素。

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) 
    {
        return -1;
    }

    return obj->queue[obj->front];
}

 七、環形佇列的檢視隊尾元素

當檢視佇列的尾部元素時，我們需要先判斷佇列是否為空。如果佇列為空，則返回-1；否則，返回佇列尾部的元素。

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) 
    {
        return -1;
    }

    return obj->queue[obj->rear];
}

八、環形佇列的判斷是否為空

當判斷佇列是否為空時，只需要判斷頭指標是否為-1即可。

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
    return obj->front == -1;
}

 九、環形佇列的判斷是否已滿

當判斷佇列是否已滿時，只需要判斷尾指標下一個位置是否為頭指標即可。

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{
    return (obj->rear + 1) % obj->size == obj->front;
}

十、環形佇列的銷燬

當環形佇列不再使用時，需要釋放其佔用的記憶體空間。

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
{
    free(obj->queue);
    free(obj);
}

總的來說，環形佇列是一種非常實用的資料結構，特別適用於空間有限的情況下。透過合理的設計和實現，可以使得佇列的空間利用率更高，並且操作效率也比較高。

 

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