053. 使用指针和数组实现队列

在C语言中，队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构。使用指针和数组实现队列是一种常见的方法。队列的基本操作包括入队（enqueue）、出队（dequeue）、查看队首元素（peek）以及判断队列是否为空（isEmpty）。

C语言实现队列

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MAX_SIZE 100 // 队列的最大容量

// 定义队列结构
typedef struct {
    int data[MAX_SIZE]; // 存储队列元素的数组
    int front;          // 队首指针
    int rear;           // 队尾指针
    int size;           // 当前队列的大小
} Queue;

// 初始化队列
void initQueue(Queue* q) {
    q->front = 0;
    q->rear = 0;
    q->size = 0;
}

// 判断队列是否为空
int isEmpty(Queue* q) {
    return q->size == 0;
}

// 判断队列是否已满
int isFull(Queue* q) {
    return q->size == MAX_SIZE;
}

// 入队操作
void enqueue(Queue* q, int value) {
    if (isFull(q)) {
        printf("队列已满，无法入队！\n");
        return;
    }
    q->data[q->rear] = value; // 将新元素放到队尾
    q->rear = (q->rear + 1) % MAX_SIZE; // 队尾指针后移
    q->size++; // 队列大小加1
}

// 出队操作
void dequeue(Queue* q) {
    if (isEmpty(q)) {
        printf("队列为空，无法出队！\n");
        return;
    }
    q->front = (q->front + 1) % MAX_SIZE; // 队首指针后移
    q->size--; // 队列大小减1
}

// 查看队首元素
int peek(Queue* q) {
    if (isEmpty(q)) {
        printf("队列为空，无法查看队首元素！\n");
        return -1; // 返回一个错误标志
    }
    return q->data[q->front]; // 返回队首元素
}

// 打印队列
void printQueue(Queue* q) {
    if (isEmpty(q)) {
        printf("队列为空！\n");
        return;
    }
    printf("队列内容：");
    for (int i = 0; i < q->size; i++) {
        int index = (q->front + i) % MAX_SIZE;
        printf("%d ", q->data[index]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    Queue q;
    initQueue(&q); // 初始化队列

    enqueue(&q, 10);
    enqueue(&q, 20);
    enqueue(&q, 30);

    printf("队首元素：%d\n", peek(&q)); // 查看队首元素
    printQueue(&q); // 打印队列

    dequeue(&q); // 出队
    printf("队首元素：%d\n", peek(&q)); // 查看队首元素
    printQueue(&q); // 打印队列

    return 0;
}

代码说明

队列结构 Queue：

使用一个固定大小的数组 data 来存储队列元素。
使用两个指针 front 和 rear 分别指向队首和队尾。
使用 size 来记录当前队列的大小。

初始化队列 initQueue：

将队首和队尾指针初始化为 0，队列大小初始化为 0。

判断队列是否为空 isEmpty：

如果队列大小为 0，返回 1（真），否则返回 0（假）。

判断队列是否已满 isFull：

如果队列大小等于最大容量，返回 1（真），否则返回 0（假）。

入队操作 enqueue：

如果队列已满，打印错误信息并返回。
将新元素放到队尾，队尾指针后移（使用取模操作实现循环队列）。
队列大小加 1。

出队操作 dequeue：

如果队列为空，打印错误信息并返回。
队首指针后移（使用取模操作实现循环队列）。
队列大小减 1。

查看队首元素 peek：

如果队列为空，打印错误信息并返回错误标志。
返回队首元素。

打印队列 printQueue：

遍历队列，打印所有元素。

示例运行

输入：

无输入

输出：

队首元素：10
队列内容：10 20 30 
队首元素：20
队列内容：20 30

队列的特点

先进先出（FIFO）：元素按照入队的顺序出队。
循环队列：使用取模操作实现循环队列，提高空间利用率。
效率：入队和出队操作的时间复杂度为 O(1)。
适用性：队列适用于需要按顺序处理元素的场景，如任务调度、缓冲区管理等。

通过使用指针和数组实现队列，可以高效地管理队列中的元素，满足先进先出的特性。

视频讲解

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