【数据结构】数组循环队列的实现

队列（Queue）是一种特殊的线性数据结构，它遵循FIFO（First In First Out，先入先出）的原则。队列只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作。队列中没有元素时，称为空队列。

队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表，简称队列。

在程序中，队列常常被用来处理需要按一定顺序处理的任务，例如打印任务队列、线程任务调度等。此外，队列也在许多算法中发挥着重要作用，如广度优先搜索（BFS）等。

队列的实现方式有多种，包括基于数组的静态队列、基于链表的动态队列等。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的队列实现方式。

队列的主要特点包括：

先进先出：队列中的元素按照进入队列的先后顺序依次出队。

操作受限：队列只允许在队尾插入元素（入队），在队头删除元素（出队），其他位置的元素无法直接访问或修改。

有序性：由于遵循FIFO原则，队列中的元素始终保持一定的顺序。

队列的链式存储结构为：

typedef int QDataType;
// 链式结构：表示队列
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* next;
	QDataType data;
}QNode;
// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
	QNode* front;
	QNode* rear;
	int size;
}Queue;

队列的顺序存储结构为：

#define MAXQSIZE 100 //队列可能达到的最大长度
typedef struct
{
	QElemType* base;    //存储空间的基地址
	int front;          //头指针
	int rear;           //尾指针
}SqQueue;

假设当前队列分配的空间最大为6，则当队列处于上图的最后一个状态时，就不可以在继续插入新的队尾元素，否则会出现溢出的情况，即因数组越界而导致程序的非法操作错误。但是队列的实际空间并未占满，这种现象就被称为假溢出。

那么怎么解决这个问题呢？

我们就可以运用一个较为巧妙的方法：循环队列

但这里我们面临一个问题，就是front==rear的时候时队空还是队满

可以发现并不好来判断

下面我们就有两种方法来解决下列问题

下面我们就用一种方法来实现循环队列

结构体定义：

typedef int QDataType;
typedef struct {
    QDataType* a;
    int front;//指向头
    int rear;//指向尾的下一位
    int k;//队列的长度
} MyCircularQueue;

创建队列

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    //开辟一个大小为（k+1）的数组空间，多开一个空间以便判断队列为空还是满的
    //防止假溢出现象
    obj->a = (QDataType*)malloc((k + 1) * sizeof(QDataType));
    obj->k = k;
    obj->front = obj->rear = 0;
    return obj;
}

判断队空

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

判断队满

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

入队

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if (myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->a[obj->rear] = value;
    obj->rear++;
    obj->rear %= obj->k + 1;
    return true;
}

出队

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->front++;
    obj->front %= obj->k + 1;
    return true;
}

取出队头元素

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[obj->front];
}

取出队尾元素

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[(obj->rear - 1 + obj->k + 1) % (obj->k + 1)];
}

销毁队列

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