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FIFO 队列的链表和数组实现
FIFO (First-in, First-out,先进先出)队列:当执行delete操作时删除那些呆在队列中时间最长的元素。
FIFO 队列是这样一个ADT,包含两个基本操作:插入(put)一个新的项、删除(get)一个最早插入的项。
一、FIFO队列的链表实现
FIFO 队列和下堆栈的区别在于新项的插入是在尾部,而不是在头部。因此实现程序要保存一个指向链表最后一个节点的尾指针tail ,因此当Put操作时,将tail 指针指向的next 指向新节点,然后更新tail指针,让它指向那个新的节点。
FIFO_LinkList.cpp
/************************************************************* 功能:先进先出队列的链表形式实现:Init、Put、Get操作 说明: 从头部Get,从尾部Put 时间: 2015/02/03 作者: quinn **************************************************************/ #include<stdio.h> #include<malloc.h> #include<stdlib.h> typedef int Item; typedef struct Node Node; typedef Node* Queue; struct Node //节点结构 { Item item; Node* next; }; static int maxN = 10; static Queue q = NULL; static Node* tail = NULL; //新建一个节点 Node* NewNode(Item item, Node* Next) // Next为插入的后一节点 { Node* x = (Node*)malloc(sizeof(*x));//被插入的节点 x->item = item; x->next = Next; return x; } //队列初始化 void QueueInit(int maxN) { q = NULL; } //判断队列是否为空 int QueueIsEmpty() { return (q == NULL); } //put操作 void QueuePut( Item item) { if(QueueIsEmpty()) { q = (tail = NewNode(item, q)); } else { tail->next = NewNode(item, tail->next); tail = tail->next; } printf("Put: %d\n", item); } //get操作 Item QueueGet() { if(q == NULL) { printf("序列为空!\n"); return -1; } Item firstItem = q->item;//序列的头元素 Node* tmpNode = q; q = q->next; free(tmpNode); return firstItem; } //测试程序 int main() { QueueInit(maxN); QueuePut(2); QueuePut(3); QueuePut(4); printf("\n"); printf("Get: %d\n", QueueGet()); printf("Get: %d\n", QueueGet()); printf("Get: %d\n", QueueGet()); printf("Get: %d\n", QueueGet()); system("pause"); return 0; }
运行结果:
二、FIFO队列的数组实现
队列中的内容是数组中从head到tail的所有元素,到tail到达数组尾部时回卷到0,此程序的实现过程需要考虑队列满和队列空两种特殊状态,
本文采用2种方式实现:
1)设定FIFO队列的数组大小比客户将在队列放置的元素最大数目大1(From:《算法:C语言实现》P93)
当head和tail重合时为空;当tail+1和head重合时为满FIFO_Array_1.cpp
/************************************************************* From:《算法:C语言实现》 P93 功能:先进先出队列的数组形式实现:Init、Put、Get操作 说明: 1)队列中的内容是数组中从head到tail的所有元素,到tail到达数组尾部时回卷到0 2)设定FIFO队列的数组大小比客户将在队列放置的元素最大数目大1, 当head和tail重合时为空;当head和tail+1重合时为满 时间: 2015/02/03 作者: quinn **************************************************************/ #include<stdio.h> #include <stdlib.h> const int maxN = 10; //FIFO size typedef int Item; static Item *q; //队列 static int head, tail, N; //队列初始化,初始化数组、头尾索引 void QueueInit(int maxN) { q = (Item*)malloc(sizeof(*q) * (maxN+1)); N = maxN + 1; head = N; tail = 0; } //检查队列是否为空 int QueueIsEmpty() { return (head % N) == tail; // Get操作中head++位于%操作之后;Put操作中tail++位于%操作之前 } int QueueIsFull() { return (tail + 1)%N == head % N; } //推入队列,Put操作 void QueuePut(Item item) { if (QueueIsFull()) { printf("队列已满,Put: %d 操作失败\n", item); return; } q[tail++] = item; tail %= N; printf("Put: %d\n", item); } //出队列,Get操作 Item QueueGet() { if (QueueIsEmpty()) { printf("此队列现为空,Get操作失败,返回-1\n"); return -1; } head %= N; return q[head++]; } //测试程序 int main() { QueueInit(maxN); for (int i = 0; i <= 10; i++) { QueuePut(i); } printf("\n"); printf("Get: %d\n\n", QueueGet()); for (int i = 0; i < 10; i++) { printf("Get: %d\n", QueueGet()); } system("pause"); return 0; }运行结果
2)设定FIFO队列的数组大小和客户将在队列放置的元素最大数目相等
当put操作导致tail和head重合时,设定满标志flag_full = 1;(初始化设定flag_full= 0)
当get操作导致tail和head重合时,设定空标志flag_empty = 1;(初始化设定flag_empty = 1)
FIFO_Array_2.cpp
/************************************************************* 功能:先进先出队列的数组形式实现:Init、Put、Get操作 说明:1)设定FIFO队列的大小,队列中的内容是数组中从head到tail的 所有元素,到tail到达数组尾部时回卷到0 时间: 2015/02/03 作者: quinn **************************************************************/ #include<stdio.h> #include <stdlib.h> const int maxN = 10; //FIFO size typedef int Item; static Item *q; static int head, tail; static int flag_full = 0, flag_empty = 1; //队列满空标志 //队列初始化,初始化数组、头尾索引 void QueueInit(int maxN) { printf("初始化FIFO大小为%d\n",maxN); q = (Item*)malloc(sizeof(*q) * maxN); head = 0; tail = 0; } //推入队列,Put操作 void QueuePut(Item item) { if (flag_full) { printf("队列已满,Put:%d 操作失败\n",item); return; } q[tail++] = item; tail %= maxN; printf("Put: %d\n", item); flag_empty = 0; //put后非空 if (tail == head)//Put操作导致的head和tail重合时,队列满 { flag_full = 1; } } //出队列,Get操作 Item QueueGet() { if (flag_empty) { printf("队列为空,Get操作失败,返回-1\n"); return -1; } head %= maxN; flag_full = 0; //Get操作成功,满标志设为0 if ((head+1) % maxN == tail) //Get导致head+1和tail重合,队列空 { flag_empty = 1; } return q[head++]; } //测试程序 int main() { QueueInit(maxN); for (int i = 0; i <= 10; i++) { QueuePut(i); } printf("\n"); printf("Get: %d\n\n", QueueGet()); for (int i = 0; i <= 10; i++) { printf("Get: %d\n", QueueGet()); } system("pause"); return 0; }
运行结果:
FIFO队列ADT的get操作和put操作不论使用数组还是链表都能在常数时间内实现。
参考资料:《算法:C语言实现》 P93
FIFO 队列的链表和数组实现
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