循環隊列的數組（C/C++）實現及詳細講解

本篇博客將實現循環隊列的數組結構，實現功能有入隊、出隊、計算隊列長度、判斷隊列是否爲空、爲滿等。
隊列的初始狀態如下：

初始狀態時，front=rear=0，size=0。

入隊操作示意圖如下：

入隊時，在數組原來的rear位置插入數據，插入數據後將rear+1向後移動一位，同時將隊列長度size+1。

如上圖所示，當rear已經指向數組最後一個位置時，再進行入隊操作，rear將重新回到起始位置0.

出隊操作示意圖如下所示：

當要將a元素出隊時，原本指向a的front指針將移向下一個元素，同時將size-1。要注意的是這時的a其實還在數組中，只是不在有效區域，即實際存在於隊列中的數據是front到rear之間的數組數據，而這時的a不在front到rear之間。

隊列空滿示意圖如下：

如上圖所示隊列在空和滿時，front和rear指針都將重合，因此將很難通過front和rear指針位置判斷隊列是空還是滿。爲了方便判斷可以採取用實際隊列的長度size來進行判斷，即size=0時，隊列爲空；size=capacity（數組的最大容量）時，隊列爲滿。

具體實現代碼如下：
1.頭文件CircleQueue.h

#pragma once
#ifndef CIRCLEQUEUE_H
#define CIRCLEQUEUE_H
#define NumOfQueue   10

typedef int ElementType;

struct queue
{
	int Capacity;
	int size;
	int front;
	int rear;
	ElementType* Array;
};

typedef struct queue* Queue;

Queue CreatQueue();//創建空隊列；

int IsEmpty(Queue Q);//判斷隊列是否爲空；

int IsFull(Queue Q);//判斷隊列是否爲滿；

void MakeEmpty(Queue Q);//置空

int LengthOfQueue(Queue Q);//計算隊列長度

void EnQueue(Queue Q, ElementType data);//入隊

void DeQueue(Queue Q);//出隊

void PrintQueue(Q);//打印隊列

#endif // !CIRCLEQUEUE_H

2.源文件CircleQueue.c

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include"CircleQueue.h"



Queue CreatQueue()//創建空隊列；
{
	Queue Q = malloc(sizeof(struct queue));
	if (Q == NULL)
	{
		printf("out of space!!!");
		exit(1);
	}

	Q->Array = malloc(sizeof(ElementType) * NumOfQueue);
	if (!Q->Array)
	{
		printf("out of space!!!");
		exit(1);
	}

	Q->front = Q->rear = 0;
	Q->size = 0;
	Q->Capacity = NumOfQueue;


	return Q;
}



int IsEmpty(Queue Q)//判斷隊列是否爲空；
{
	return Q->size ==0 ;
}



int IsFull(Queue Q)//判斷隊列是否爲滿；
{
	return Q->size == Q->Capacity;
}



void MakeEmpty(Queue Q)//置空
{
	Q->front = Q->rear = 0;
	Q->size = 0;
}



int LengthOfQueue(Queue Q)//計算隊列長度
{
	return Q->size;
}



void EnQueue(Queue Q, ElementType data)//入隊
{
	if (IsFull(Q))
	{
		printf("Enqueue Error:the queue is  full !!!");
		exit(1);
	}

	Q->Array[Q->rear++] = data;
	if (Q->rear == Q->Capacity)
		Q->rear = 0;

	++Q->size;
}



void DeQueue(Queue Q)//出隊
{
	if (IsEmpty(Q))
	{
		printf("Dequeue Error: the queue is  empty !!!");
		exit(1);
	}

	++Q->front;
	if (Q->front == Q->Capacity)
		Q->front = 0;
	--Q->size;
}

void PrintQueue(Queue Q)//打印隊列
{
	if (IsEmpty(Q))
	{
		printf("Print warning: the queue is  empty !!!");
		exit(1);
	}

	int i = Q->front;
	if(Q->rear>Q->front)
	for (; i < Q->rear; i++)
	{
		printf("%d ", Q->Array[i]);
	}

	else
	for (; i < Q->front+Q->size; i++)
	{
			printf("%d ", Q->Array[i%Q->Capacity]);
	}
	
	printf("\n");
}

3.主程序main.c

/********************************************************************************************************
Function：循環隊列的數組實現
Date：2020/06/02
*********************************************************************************************************/

#include"CircleQueue.h"


int main()
{
	Queue Q=CreatQueue();//創建一個空隊列

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		EnQueue(Q, i);//入隊
	}
	PrintQueue(Q);//打印隊列
	printf("the length of the queue is:%d\n", LengthOfQueue(Q));//打印隊列長度


	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		DeQueue(Q);//出隊
	}
	PrintQueue(Q);//打印隊列
	printf("the length of the queue is:%d\n", LengthOfQueue(Q));//打印隊列長度


	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		EnQueue(Q, i+10);//入隊
	}
	PrintQueue(Q);//打印隊列
	printf("the length of the queue is:%d\n", LengthOfQueue(Q));//打印隊列長度
	

	MakeEmpty(Q);//置空
	PrintQueue(Q);//打印隊列
	printf("the length of the queue is:%d\n", LengthOfQueue(Q));//打印隊列長度


	return 0;
}

4.運行結果