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数据结构与算法分析——C语言描述（第3章表、栈和队列③）

2022-09-10 09:00:47 作者：互联网

3.4 队列(Queue)ADT

3.4 队列(Queue)ADT

像栈一样，队列也是表。然而，使用队列时插入在一端进行而删除则在另一端进行。

3.4.1 队列模型

队列的基本操作：

Enqueue（入队）——在表的末端（叫作队尾(rear)）插入一个元素。
Dequeue（出队）——删除（或返回）在表的开头（叫作队头(front)）的元素.

3.4.2 队列的实现

像栈一样，对于队列而言，任何表的实现都是合法的，无论是链表实现还是数组实现对于每一种ADT操作都给出快速的\(O(1)\)运行时间。

3.4.2.1 队列的链表实现

队列ADT链表实现的类型声明：

#ifndef _Queue_h

struct Node;
struct QNode;
typedef struct Node *PtrToNode;
typedef struct QNode *Queue;

int IsEmpty( Queue Q );
Queue CreateQueue( void );
void DisposeQueue( Queue Q );
void MakeEmpty( Queue Q );
void Enqueue( ElementType X, Queue Q );
ElementType Front( Queue Q );
void Dequeue( Queue Q );
ElementType FrontAndDequeue( Queue Q );

#endif /* _Queue_h */

/* Place in implementation file */
/* Stack implementation is a linked list */
struct Node
{
    ElementType Element;
    PtrToNode Next;
};
struct QNode
{
    PtrToNode rear;
    PtrToNode front;
};

具体函数实现：

/* Return true if Q is empty */
int
IsEmpty( Queue Q )
{
    return Q->front == NULL;
}

/* Create an empty queue */
Queue
CreateQueue( void )
{
    Queue Q;
    Q = malloc( sizeof( struct QNode ) );
    if( Q == NULL )
        FatalError( "Out of space!!!" );
    Q->front = NULL;
    Q->rear = NULL;
    MakeEmpty( Q );
    return Q;
}

/* Dispose Q */
void
DisposeQueue( Queue Q )
{
    if( Q != NULL )
    {
        MakeEmpty( Q );
        free( Q );
    }
}

/* Make Q empty*/
void
MakeEmpty( Queue Q )
{
    if( Q == NULL )
    	Error( "Must use CreateQueue first" );
    else
        while( !IsEmpty( Q ) )
            Dequeue( Q );
}

/* Enqueue */
void
Enqueue( ElementType X, Queue Q )
{
    PtrToNode TmpCell;

    TmpCell = malloc( sizeof( struct Node ) );
    if ( TmpCell == NULL )
        FatalError( "Out of space!!!" );
    TmpCell->Element = X;
    TmpCell->Next = NULL;
    if( Q->rear == NULL )
    {
        Q->rear = TmpCell;
        Q->front = TmpCell;
    }
    else
    {
        Q->rear->Next = TmpCell;
        Q->rear = TmpCell;
    }
}

/* Return the front element */
ElementType
Front( Queue Q )
{
    if( !IsEmpty( Q ) )
        return Q->front->Element;
    Error( "Empty queue" );
    return 0;
}

/* Dequeue */
void
Dequeue( Queue Q )
{
    PtrToNode FrontCell;
    if( IsEmpty( Q ) )
    	Error( "Empty queue" );
    else
    {
    	FrontCell = Q->front;
    	if( Q->front == Q->rear )
            Q->front = Q->rear = NULL;
        else
            Q->front = Q->front -> Next;
        free( FrontCell );
    }
}

/* Return the front element and Dequeue*/
ElementType
FrontAndDequeue( Queue Q )
{
    ElementType X = 0;

    if( IsEmpty( Q ) )
        Error( "Empty queue" );
    else
    {
        X = Front( Q );
        Dequeue( Q );
    }
    return X;
}

3.4.2.2 队列的数组实现

队列ADT数组实现的类型声明：

#ifndef _Queue_h

struct QueueRecord;
typedef struct QueueRecord *Queue;

int IsEmpty( Queue Q );
int IsFull( Queue Q );
Queue CreateQueue( int MaxElements );
void DisposeQueue( Queue Q );
void MakeEmpty( Queue Q );
void Enqueue( ElementType X, Queue Q );
ElementType Front( Queue Q );
void Dequeue( Queue Q );
ElementType FrontAndDequeue( Queue Q );

#endif /* _Queue_h */

/* Place in implementation file */
/* Queue implementation is a dynamically allocated array */
#define MinQueueSize ( 5 )
struct QueueRecord
{
	int Capacity;
	int Front;
	int Rear;
	int Size;
	ElementType *Array;
};

具体函数实现：

/* Return true if Q is empty */
int
IsEmpty( Queue Q )
{
    return Q->Size == 0;
}

/* Return true if Q is full */
int
IsFull( Queue Q )
{
    return Q->Size == Q->Capacity;
}

/* Create an empty queue */
Queue
CreateQueue( int MaxElements )
{
	Queue Q;
	if( MaxElements < MinQueueSize )
		Error( "Queue size is too small" );

	Q = malloc( sizeof( struct QueueRecord ) );
	if( Q == NULL )
		FatalError( "Out of space!!!" );

	Q->Array = malloc( sizeof( ElementType ) * MaxElements );
	if( Q->Array == NULL )
		FatalError( "Out of space!!!" );
	Q->Capacity = MaxElements;
	MakeEmpty( Q );
	return Q;
}

/* Dispose Q */
void
DisposeQueue( Queue Q )
{
    if( Q != NULL )
    {
        free( Q->Array );
        free( Q );
    }
}

/* Make Q empty*/
void
MakeEmpty( Queue Q )
{
	Q->Size = 0;
	Q->Front = 1;
	Q->Rear = 0;
}

/* Enqueue */
static int
Succ( int Value, Queue Q )
{
    if( ++Value == Q->Capacity )
        Value = 0;
    return Value;
}

void
Enqueue( ElementType X, Queue Q )
{
    if( IsFull( Q ) )
        Error( "Full queue" );
    else
    {
        Q->Size++;
        Q->Rear = Succ( Q->Rear, Q );
        Q->Array[ Q->Rear ] = X;
    }
}

/* Return the front element */
ElementType
Front( Queue Q )
{
    if( !IsEmpty( Q ) )
        return Q->Array[ Q->Front ];
    Error( "Empty queue" );
    return 0;
}

/* Dequeue */
void
Dequeue( Queue Q )
{
    if ( IsEmpty( Q ) )
    	Error( "Empty queue" );
    else
    {
    	Q->Size--;
    	Q->Front = Succ( Q->Front, Q );
    }
}

/* Return the front element and Dequeue*/
ElementType
FrontAndDequeue( Queue Q )
{
    ElementType X = 0;

    if( IsEmpty( Q ) )
        Error( "Empty queue" );
    else
    {
    	Q->Size--;
    	X = Q->Array[ Q->Front ];
    	Q->Front = Succ( Q->Front, Q );
	}
    return X;
}

注意：为避免已经有元素出队而导致的越界，我们让Front或Rear到达数组的尾端时绕回到开头，即循环数组(circular array)实现。

3.4.3 队列的应用

实际生活例子
排队论(queueing theory)

标签：ElementType,队列,void,C语言,Queue,Front,front,数据结构
来源： https://www.cnblogs.com/kirin-dev/p/Data-Structures_Chapter-3-3.html