////////////////////////////////////////////////////////// // 文件：config.h ////////////////////////////////////////////////////////// #ifndef __CONFIG_H #define __CONFIG_H //這一段無需改動 //This segment should not be modified #ifndef TRUE #define TRUE 1 #endif #ifndef FALSE #define FALSE 0 #endif typedef unsigned char uint8; typedef signed char int8; typedef unsigned short uint16; typedef signed short int16; typedef unsigned int uint32; typedef signed int int32; typedef float fp32; #include "FIFOQUEUE.h" #endif
////////////////////////////////////////////////////////// // 文件：FIFOQUEUE.h ////////////////////////////////////////////////////////// #ifndef _FIFOQUEUE_H #define _FIFOQUEUE_H #define ElemType uint8 #define QueueSize 20 //fifo隊列的大小 #define QueueFull 0 //fifo滿置0 #define QueueEmpty 1 //FIFO空置1 #define QueueOperateOk 2 //隊列操作完成 賦值為2 struct FifoQueue { uint16 front; //隊列頭 uint16 rear; //隊列尾 uint16 count; //隊列計數 ElemType dat[QueueSize]; }; //Queue Initalize extern void QueueInit(struct FifoQueue *Queue); // Queue In extern uint8 QueueIn(struct FifoQueue *Queue,ElemType sdat); // Queue Out extern uint8 QueueOut(struct FifoQueue *Queue,ElemType *sdat); #endif
////////////////////////////////////////////////////////// // 文件：FIFOQUEUE.C ////////////////////////////////////////////////////////// #include "config.h" //Queue Init void QueueInit(struct FifoQueue *Queue) { Queue->front = Queue->rear;//初始化時隊列頭隊列首相連 Queue->count = 0; //隊列計數為0 } // Queue In uint8 QueueIn(struct FifoQueue *Queue,ElemType sdat) //數據進入隊列 { if((Queue->front == Queue->rear) && (Queue->count == QueueSize)) { // full //判斷如果隊列滿了 return QueueFull; //返回隊列滿的標志 }else { // in Queue->dat[Queue->rear] = sdat; Queue->rear = (Queue->rear + 1) % QueueSize; Queue->count = Queue->count + 1; return QueueOperateOk; } } // Queue Out uint8 QueueOut(struct FifoQueue *Queue,ElemType *sdat) { if((Queue->front == Queue->rear) && (Queue->count == 0)) { // empty return QueueEmpty; }else { // out *sdat = Queue->dat[Queue->front]; Queue->front = (Queue->front + 1) % QueueSize; Queue->count = Queue->count - 1; return QueueOperateOk; } }
////////////////////////////////////////////////////////// // 文件：Main.C ////////////////////////////////////////////////////////// #include <reg52.h> #include "config.h" void main(void) { struct FifoQueue MyQueue; ElemType sh; uint8 i; QueueInit(&MyQueue); while(1) { for(i = 0;i < 30;i++) { if(QueueIn(&MyQueue,i) == QueueFull) break; } for(i = 0;i < 30;i++) { if(QueueOut(&MyQueue,&sh) == QueueEmpty) break; } } while(1); }
隊列是一種先進先出（first infirst out，縮寫為FIFO）的線性表。它只允許在標的一端進行插入，而在另一端刪除元素。這和我們日常生活中的排隊是一致的，最早進入隊列的元素最早離開。在隊列中，允許插入的一端叫做隊尾（rear），允許刪除的一端則稱為對頭（front）（排隊買票，窗口一端叫對頭，末尾進隊叫隊尾）。
用鏈表表示的隊列稱為鏈隊列，如圖2所示。一個鏈隊列顯然需要兩個分別指向對頭和隊尾的指針（分別稱為頭指針和尾指針）才能唯一確定。這里，和線性表的單鏈表一樣，為了操作方便起見，我們先給鏈隊列添加一個頭結點，並令頭指針和尾指針均指向頭結點，如圖3(a)所示。鏈隊列的操作即為單鏈表的插入和刪除操作的特殊情況，只是尚需修改尾指針或頭指針，圖3(b)~(d)展示了這兩種操作進行時指針變化的情況。下面給出鏈隊列類型的模塊說明。
圖２ 鏈隊列示意圖
圖３ 隊列運算指針變化情況 (a)空隊列；(b)元素x入隊；(c)元素y入隊；(d)元素x出隊
//=====ADT Queue的表示與實現===== //-----單鏈隊列——隊列的鏈式存儲結構----- typedef struct QNode{ QElemType data; struct QNode *next; }QNode, *QueuePtr; typedef struct{ QueuePtr front; //對頭指針 QueuePtr rear; //隊尾指針 }LinkQueue； //-----基本操作的函數原型說明（幾個易錯常考的）----- Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType &e) //若隊列不空，則用e返回Q的對頭元素，並返回OK；否則返回ERROR Status EnQueue(LinkQueue &Q, QElemType e) //插入元素e為Q的新的隊尾元素 Status DeQueue(LinkQueue &Q, QElemType &e) //若隊列不空，則刪除Q的對頭元素，用e返回其值，並返回OK； //否則返回ERROR
和順序棧相類似，在隊列的順序存儲結構中，除了用一組地址連續的存儲單元依次存放從隊列頭到隊列尾的元素之外，尚需附設兩個指針front和rear分別之時隊列頭元素和隊列尾元素的位置。為了在C語言中描述方便起見，在此我們約定：初始化建空隊列時，令front=rear=0，每當插入新的隊列尾元素時，“尾指針增1”；每當刪除隊列頭元素時，“頭指針增1”。因此，在非空隊列中，頭指針始終指向隊列頭元素，而尾指針始終指向隊列尾元素的下一個位置。如圖4所示。
圖4 頭、尾指針和隊列中元素之間的關系
(a)空隊列；(b)J1、J2和J3相繼入隊列；(c)J1和J2相繼被刪除；(d)J4、J5和J6相繼插入隊列之后J3及J4被刪除
假設當前為隊列分配的最大空間為6，則當隊列處於圖4(d)的狀態時不可再繼續插入新的隊尾元素，否則會因數組越界而遭致程序代碼被破壞。然而此時又不宜如順序棧那樣，進行存儲再分配擴大數組空間，因為隊列的實際可用空間並未占滿。一個較巧妙的辦法是將順序隊列臆造為一個環狀的空間，如圖5所示，稱之為循環隊列。指針和隊列元素之間關系不變，如圖6(a)所示循環隊列中，隊列頭元素時J3，隊列尾元素是J5，之后J6、J7和J8相繼插入，則隊列空間均被占滿，如圖6(b)所示，此時Q.front=Q.rear；反之，若J3、J4和J5相繼從圖6(a)的隊列中刪除，使隊列呈“空”的狀態，如圖6(c)所示。此時亦存在關系式Q.front=Q.rear，由此可見，只憑等式Q.front=Q.rear無法判別隊列空間是“空”還是“滿”。可由兩種處理方法：其一是另設一個標志位以區別隊列是“空”還是“滿”；其二是少用一個元素空間，約定以“隊列頭指針在隊列尾指針的下一位置（指環狀的下一位置）上”作為隊列呈“滿”狀態的標志。
圖5 循環隊列示意圖
圖6 循環隊列的頭尾指針 (a)一般情況；(b)隊列滿時；(c)空隊列；
從上述分析可見，在C語言中不能用動態分配的一維數組來實現循環隊列。如果用戶的應用程序中設有循環隊列，則必須為它設定一個最大隊列長度；若用戶無法預估所用隊列的最大長度，則宜采用鏈隊列。循環隊列類型的模塊說明如下：
//-----循環隊列———隊列的順序存儲結構----- #define MAXQSIZE 100 //最大隊列長度 typedef struct { QElemType *base; //初始化的動態非配存儲空間 int front; //頭指針，若隊列不空，指向隊列的頭元素 int rear; //尾指針，若隊列不空，指向隊列尾元素的下一個位置 }SqQueue; //-----循環隊列的基本操作的算法描述----- Status InitQueue(SqQueue &Q) { //構造一個空隊列Q Q.base=(ElemType *)malloc(MAXQSIZE*sizeof(ElemType)); if(!Q.base) exit (OVERFLOW); // 存儲分配失敗 Q.front=Q.rear=0; return OK; } int QueueLength(SqQueue Q){ //返回Q的元素個數，即隊列的長度 return (Q.rear-Q.front+MAXQSIZE) % MAXQSIZE; } Status EnQueue(SqQueue &Q, QElemType e) { //插入元素e為Q的新的隊尾元素 if((Q.rear+1) % MAXQSIZE == Q.front) return ERROR; // 隊列滿 Q.base[Q.rear]=e; Q.rear=(Q.rear+1) % MAXQSIZE; return OK; } Status DeQueue(SqQueue &Q, QElemType &e) { //若隊列不空，則刪除Q的對頭元素，用e返回其值，並返回OK； //否則返回ERROR if(Q.front==Q.rear) return ERROR; e=Q.base[Q.front]; Q.front=(Q.front+1) % MAXQSIZE; return OK; }