数据结构:队列

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队列的定义

队列(queue)是只允许在一端进行插入操作,而在另一端进行删除操作的线性表

队列是一种先进先出(First In First Out)的线性表,简称FIFO。允许插入的一端称为队尾,允许删除的一端称为队头。

线性表·顺序存储·和·链式存储·,·栈是线性表,所以有这两种存储方式·。同样,队列作为一种特殊的线性表,也同样存在这两种存储方式。我们先来看队列的顺序存储结构。

循环队列

2.1 队列顺序存储的不足

入队列操作,其实就是在队尾追加一个元素,不需要移动任何元素,因此时间复杂度为O(1),如图所示。 在这里插入图片描述

与栈不同的是,队列元素的出列是在队头,即下标为0的位置,那也就意味着,队列中的所有元素都得向前移动,以保证队列的队头,也就是下标为0的位置不为空,此时时间复杂度为O(n),如图所示。 在这里插入图片描述 可有时想想,为什么出队列时一定要全部移动呢,如果不去限制队列的元素必须存储在数组的前n个单元这一条件,出队的性能就会大大增加。 在这里插入图片描述 为了避免当只有一个元素时,队头和队尾重合使处理变得麻烦,所以引入两个指针,front指针指向队头元素,rear指针指向队尾元素的下一个位置,这样当front等于rear时,此队列不是还剩一个元素,而是空队列。

2.2 循环队列定义

在这里插入图片描述

解决假溢出的办法就是后面满了,就再从头开始,也就是头尾相接的循环。我们把队列的这种头尾相接的顺序存储结构称为循环队列。

空队列时,front等于rear,现在当队列满时,也是front等于rear,那么如何判断此时的队列究竟是空还是满呢? 办法一是设置一个标志变量flag,当front==rear,且flag=0时为队列空,当front==rear,且flag=1时为队列满。 办法二是当队列空时,条件就是front=rear,当队列满时,我们修改其条件,保留一个元素空间。也就是说,队列满时,数组中还有一个空闲单元 在这里插入图片描述 队列满的条件(rear+1)%QueueSize==front(取模“%”的目的就是为了整合rear与front大小为一个问题)

另外,当rear > front时,此时队列的长度为rear-front。但当rear < front时,队列长度分为两段,一段是QueueSize-front,另一段是0+rear,加在一起,队列长度为rear-front+QueueSize。 因此通用的计算队列长度公式为:(rear-front+QueueSize)%QueueSize