[数据结构]第三章-栈和队列(读书笔记3)

第三章-栈和队列

□3.4 队列
和栈相反，队列(queue)是一种先进先出(first in first out)的线性表，它只允许在表的一端进行插入，而在另一端删除元素。在队列中，允许插入的一端叫做队尾(rear),允许删除的一端则称为队头(front)。队列在程序涉及中也经常出现。一个最经典的例子就是操作系统中的作业排队。
双端队列(deque)：除了栈和队列之外，还有一种限定性数据结构是双端队列。它是限定插入和删除操作在表的两端进行的线性表。

□3.4.2 链队列-队列的链式表示和实现
用链表示的队列简称为链队列。一个链队列显然需要两个分别指示队头和队尾的指针才能唯一确定。链队列的操作即为单链表的插入和删除操作的特殊情况，只是尚需修改尾指针或头指针。

typedef int QElemType;/*----------------------------------------    链队列------------------------------------------*/typedef struct QNode{/*结点类型*/QElemType data;struct QNode *next;}QNode,*QueuePtr;typedef struct{/*分别指向线性表中的头结点和最后一个结点*/QueuePtr front,rear; /* 队头、队尾指针 */}LinkQueue;Status InitQueue(LinkQueue *Q){ /* 构造一个空队列Q */(*Q).front = (*Q).rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if(!(*Q).front){exit(OVERFLOW);}(*Q).front->next = NULL;return OK;}Status DestroyQueue(LinkQueue *Q){ /* 销毁队列Q(无论空否均可) */QueuePtr p = NULL;while((*Q).front){p = (*Q).front->next;free((*Q).front);(*Q).front = p;}return OK;}Status ClearQueue(LinkQueue *Q){ /* 将Q清为空队列 */QueuePtr p = NULL;QueuePtr q = NULL;(*Q).rear = (*Q).front;p = (*Q).front->next;(*Q).front->next = NULL;while (p){q = p;p = p->next;free(q);}return OK;}Status QueueEmpty(LinkQueue Q){ /* 若Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */if(Q.front == Q.rear){return TRUE;}else{return FALSE;}}int QueueLength(LinkQueue Q){ /* 求队列的长度 */int count = 0;QueuePtr p = Q.front;while (Q.rear != p){p = p->next;count++;;}return count;}Status EnQueue(LinkQueue *Q, QElemType e){ /* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */QueuePtr p = NULL;p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));p->data = e;p->next = NULL;(*Q).rear->next = p;(*Q).rear = p;return OK;}Status DeQueue(LinkQueue *Q, QElemType *e){ /* 若队列不空,删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK,否则返回ERROR */QueuePtr p = NULL;if ((*Q).front == (*Q).rear){return ERROR;}p = (*Q).front->next;*e = p->data;(*Q).front->next = p->next;if ((*Q).rear == p){(*Q).rear = (*Q).front;}free(p);p = NULL;return OK;}Status QueueTraverse(LinkQueue Q,void(*vi)(QElemType)){ /* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素调用函数vi()。一旦vi失败,则操作失败 */QueuePtr p = NULL;p = Q.front->next;while(p){vi(p->data);p = p->next;}printf("\n");return OK;}Status GetHead_Q(LinkQueue Q, QElemType *e) /* 避免与bo2-6.c重名 */{ /* 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 */QueuePtr p = NULL;if (Q.front == Q.rear){return ERROR;}p = Q.front->next;*e = p->data;return OK;}void visit(QElemType i){printf("%d ",i);}int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){int i;QElemType d;LinkQueue q;i=InitQueue(&q);if(i){printf("成功地构造了一个空队列!\n");}printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));printf("队列的长度为%d\n",QueueLength(q));EnQueue(&q,-5);EnQueue(&q,5);EnQueue(&q,10);printf("插入3个元素(-5,5,10)后,队列的长度为%d\n",QueueLength(q));printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));printf("队列的元素依次为：");QueueTraverse(q,visit);i = GetHead_Q(q,&d);if(i == OK){printf("队头元素是：%d\n",d);}DeQueue(&q,&d);printf("删除了队头元素%d\n",d);i = GetHead_Q(q,&d);if(i == OK){printf("新的队头元素是：%d\n",d);}ClearQueue(&q);printf("清空队列后,q.front=%u q.rear=%u q.front->next=%u\n",q.front,q.rear,q.front->next);DestroyQueue(&q);printf("销毁队列后,q.front=%u q.rear=%u\n",q.front, q.rear);return 0;}

□3.4.3 循环队列--队列的顺序表示和实现
在队列的顺序存储结构中，除了用一组地址连续的存储单元依次存放从队头到队尾的元素之外，尚需附设两个指针front和rear分别指示队列头元素及队列尾元素的位置。约定以队列头指针在队列尾指针的下一位置(指环上的下一位置)上作为队列呈满状态的标志。在C语言中不能用动态分配的一维数组来实现循环队列。如果用户的应用程序中设有循环队列，则必须为它设定一个最大队列长度；若用户无法预估所用队列的最大长度，则宜采用链队列。

/*---------------------------------------------循环队列---------------------------------------------*/typedef int QElemType;/* 最大队列长度(对于循环队列，最大队列长度要减1) */#define MAXSIZE 5typedef struct {QElemType *base;/* 初始化的动态分配存储空间 */int rear;/* 头指针,若队列不空,指向队列头元素 */int front;/* 尾指针,若队列不空,指向队列尾元素的下一个位置 */}SqQueue;/* bo3-3.c 循环队列(存储结构由c3-3.h定义)的基本操作(9个) */Status InitQueue(SqQueue *Q){ /* 构造一个空队列Q */(*Q).base = (QElemType *)malloc(MAXSIZE * sizeof(QElemType) );if(!(*Q).base){ /* 存储分配失败 */exit(OVERFLOW);}(*Q).front = (*Q).rear = 0;return OK;}Status DestroyQueue(SqQueue *Q){ /* 销毁队列Q,Q不再存在 */if((*Q).base){ free((*Q).base);}(*Q).base = NULL;(*Q).front = (*Q).rear = 0;return OK;}Status ClearQueue(SqQueue *Q){ /* 将Q清为空队列 */(*Q).front = (*Q).rear = 0;return OK;}Status QueueEmpty(SqQueue Q){ /* 若队列Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */if(Q.front==Q.rear){ /* 队列空的标志 */return TRUE;}else{return FALSE;}}int QueueLength(SqQueue Q){ /* 返回Q的元素个数,即队列的长度 */return ( Q.rear - Q.front + MAXSIZE) % MAXSIZE;}Status GetHead(SqQueue Q,QElemType *e){ /* 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 */if(Q.front == Q.rear){return ERROR;}*e = *(Q.base + Q.front);return OK;}Status EnQueue(SqQueue *Q,QElemType e){ /* 插入元素e为Q的新的队尾元素 *//*队列满的情况*/if (((*Q).rear + 1) % MAXSIZE == (*Q).front ){return ERROR;}(*Q).base[(*Q).rear] = e;(*Q).rear = ((*Q).rear + 1) % MAXSIZE;return OK;}Status DeQueue(SqQueue *Q,QElemType *e){ /* 若队列不空,则删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK;否则返回ERROR */if ((*Q).rear == (*Q).front){/*队列空的情况*/return ERROR;}*e = (*Q).base[(*Q).front];(*Q).front = ((*Q).front + 1) % MAXSIZE;return OK;}Status QueueTraverse(SqQueue Q,void(*vi)(QElemType)){ /* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素调用函数vi().一旦vi失败,则操作失败 */int pos = Q.front;while (pos != Q.rear){vi(Q.base[pos]);pos = (pos + 1) % MAXSIZE;}printf("\n");return OK;}void visit(QElemType i){printf("%d ",i);}int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){   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);     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,请输入待插入的元素: ",d);     scanf("%d",&d);     EnQueue(&Q,d);   }   l=QueueLength(Q);   printf("现在队列中的元素为: \n");   QueueTraverse(Q,visit);   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));   DestroyQueue(&Q);return 0;}