本文主要是介绍【数据结构】线性表(十一)队列:双端队列及其基本操作(初始化、判空、判满、头部入队、尾部入队、头部出队、尾部出队、存取队首队尾元素),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
文章目录
- 一、队列
- 1. 定义
- 2. 基本操作
- 二、顺序队列
- 三、链式队列
- 双端队列
- 0. 头文件
- 1. 队列结构体
- 2. 初始化
- 3. 判断队列是否为空
- 4. 判断队列是否已满
- 5. 头部入队
- 6. 尾部入队
- 7. 头部出队
- 8. 尾部出队
- 9. 存取队列头部的元素
- 10. 存取队列尾部的元素
- 11. 释放队列内存
- 12. 主函数
- 13. 代码整合
一、队列
1. 定义
队列是一种操作受限的线性表,对于它的所有插入都在表的一端进行,所有的删除(以至几乎所有的存取)都在表的另一端进行,且这些操作又都是按照先进先出(FIFO)的原则进行的。进行删除的一端称为队头(front),进行插入的一端称为队尾(rear)。没有元素的队列称为空队列(简称空队)。
队列就像生活中排队购物,新来的人只能加入队尾(假设不允许插队),购物结束后先离开的总是队头(假设无人中途离队)。也就是说,先加入队列的成员总是先离开队列,因此队列被称为先进先出(First In First Out)的线性表,简称为FIFO表。如图,在空队列中依次加入元素a1,a2,a3,a4,a5,出队次序仍然是a1,a2,a3,a4,a5 .
2. 基本操作
-
队列是受限的线性表,其基本操作包括
IsEmpty()
: 判断队列是否为空;isFull()
:判断队列是否为满;enqueue()
:向队尾添加元素(入队);dequeue()
:删除队首元素(出队);peek()
:获取队首的元素值(存取);
-
同普通线性表一样,队列也可以用顺序存储和链接存储两种方式来实现:
二、顺序队列
参考前文:【数据结构】线性表(八)队列:顺序队列及其基本操作(初始化、判空、判满、入队、出队、存取队首元素)
三、链式队列
参考前文:【数据结构】线性表(九)队列:链式队列及其基本操作(初始化、判空、入队、出队、存取队首元素)
双端队列
双端队列(Double-ended Queue,简称Deque)可以在队列的头部和尾部进行元素的插入和删除操作,因此可以看作是一种特殊的队列和栈的结合。
双端队列的操作包括:
- 在队列头部插入元素(头部入队);
- 在队列尾部插入元素(尾部入队);
- 在队列头部删除元素(头部出队),并返回该元素;
- 在队列尾部删除元素(尾部出队),并返回该元素;
- 获取队列头部的元素,但不删除它;
- 获取队列尾部的元素,但不删除它;
- 判断队列是否为空。
双端队列可以用于解决一些特定的问题,例如实现滑动窗口最大值、字符串处理等。它的灵活性使得在某些场景下比普通队列更加方便和高效。
0. 头文件
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
- 两个头文件
stdio.h
用于输入输出操作stdlib.h
用于内存分配和释放
1. 队列结构体
typedef struct {int* elements; // 存储队列元素的数组int front; // 队列头部索引int rear; // 队列尾部索引int size; // 队列的最大容量
} Deque;
2. 初始化
void initDeque(Deque* deque, int capacity) {deque->elements = (int*)malloc(capacity * sizeof(int));deque->front = -1;deque->rear = -1;deque->size = capacity;
}
- 使用动态内存分配函数
malloc
分配了一个大小为capacity * sizeof(int)
的整型数组,并将其地址赋值给deque->elements
。 - 将
deque->front
和deque->rear
初始化为 -1,表示队列为空。 - 将
deque->size
设置为传入的容量值。
3. 判断队列是否为空
int isEmpty(Deque* deque) {return deque->front == -1;
}
通过检查队列的头部索引是否为-1来判断队列是否为空。
4. 判断队列是否已满
int isFull(Deque* deque) {return deque->rear == deque->size - 1;
}
通过检查队列的尾部索引是否等于队列的最大容量减1来判断队列是否已满。
5. 头部入队
void insertFront(Deque* deque, int element) {if (isEmpty(deque)) {deque->front = 0;deque->rear = 0;} else if (deque->front == 0) {deque->front = deque->size - 1;} else {deque->front--;}deque->elements[deque->front] = element;
}
- 如果队列为空(即
isEmpty(deque)
返回真),则将队列头部和尾部索引都设置为 0。 - 否则,如果队列头部索引为 0,则将其设置为队列的最大容量减 1,否则将其递减 1。
- 将元素
element
存储到队列头部索引对应的位置。
6. 尾部入队
void insertRear(Deque* deque, int element) {if (isEmpty(deque)) {deque->front = 0;deque->rear = 0;} else if (deque->rear == deque->size - 1) {deque->rear = 0;} else {deque->rear++;}deque->elements[deque->rear] = element;
}
- 如果队列为空(即
isEmpty(deque)
返回真),则将队列头部和尾部索引都设置为 0。 - 否则,如果队列尾部索引等于队列的最大容量减 1,则将其设置为 0,否则将其递增 1。
- 将元素
element
存储到队列尾部索引对应的位置。
7. 头部出队
void deleteFront(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return;}if (deque->front == deque->rear) {deque->front = -1;deque->rear = -1;} else if (deque->front == deque->size - 1) {deque->front = 0;} else {deque->front++;}
}
- 如果队列为空(即
isEmpty(deque)
返回真),则直接返回,不进行任何操作。 - 否则,如果队列头部索引等于队列尾部索引,表示队列中只有一个元素,将队列头部和尾部索引都设置为 -1。
- 否则,如果队列头部索引等于队列的最大容量减 1,则将其设置为 0,否则将其递增 1。
8. 尾部出队
void deleteRear(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return;}if (deque->front == deque->rear) {deque->front = -1;deque->rear = -1;} else if (deque->rear == 0) {deque->rear = deque->size - 1;} else {deque->rear--;}
}
- 如果队列为空(即
isEmpty(deque)
返回真),则直接返回,不进行任何操作。 - 否则,如果队列尾部索引等于队列头部索引,表示队列中只有一个元素,将队列头部和尾部索引都设置为 -1。
- 否则,如果队列尾部索引等于 0,则将其设置为队列的最大容量减 1,否则将其递减 1。
9. 存取队列头部的元素
int getFront(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return -1; // 队列为空时返回一个特定的值,可以根据实际情况进行修改}return deque->elements[deque->front];
}
- 如果队列为空(即
isEmpty(deque)
返回真),则返回一个特定的值(这里是 -1),表示队列为空。 - 否则,返回队列头部索引对应的元素。
10. 存取队列尾部的元素
int getRear(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return -1; // 队列为空时返回一个特定的值,可以根据实际情况进行修改}return deque->elements[deque->rear];
}
- 如果队列为空(即
isEmpty(deque)
返回真),则返回一个特定的值(这里是 -1),表示队列为空。 - 否则,返回队列尾部索引对应的元素。
11. 释放队列内存
void freeDeque(Deque* deque) {free(deque->elements);
}
使用 free
函数释放 deque->elements
指向的动态内存。
12. 主函数
int main() {Deque deque;int capacity = 5; // 设置队列的容量// 初始化双端队列initDeque(&deque, capacity);// 在队列头部插入元素insertFront(&deque, 1);insertFront(&deque, 2);// 在队列尾部插入元素insertRear(&deque, 3);insertRear(&deque, 4);// 获取队列头部和尾部的元素printf("Front: %d\n", getFront(&deque));printf("Rear: %d\n", getRear(&deque));// 在队列头部删除元素deleteFront(&deque);// 在队列尾部删除元素deleteRear(&deque);// 获取更新后的队列头部和尾部的元素printf("Front: %d\n", getFront(&deque));printf("Rear: %d\n", getRear(&deque));// 释放队列内存freeDeque(&deque);return 0;
}
13. 代码整合
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct {int* elements; // 存储队列元素的数组int front; // 队列头部索引int rear; // 队列尾部索引int size; // 队列的最大容量
} Deque;void initDeque(Deque* deque, int capacity) {deque->elements = (int*)malloc(capacity * sizeof(int));deque->front = -1;deque->rear = -1;deque->size = capacity;
}int isEmpty(Deque* deque) {return deque->front == -1;
}int isFull(Deque* deque) {return deque->rear == deque->size - 1;
}void insertFront(Deque* deque, int element) {if (isEmpty(deque)) {deque->front = 0;deque->rear = 0;} else if (deque->front == 0) {deque->front = deque->size - 1;} else {deque->front--;}deque->elements[deque->front] = element;
}void insertRear(Deque* deque, int element) {if (isEmpty(deque)) {deque->front = 0;deque->rear = 0;} else if (deque->rear == deque->size - 1) {deque->rear = 0;} else {deque->rear++;}deque->elements[deque->rear] = element;
}void deleteFront(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return;}if (deque->front == deque->rear) {deque->front = -1;deque->rear = -1;} else if (deque->front == deque->size - 1) {deque->front = 0;} else {deque->front++;}
}void deleteRear(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return;}if (deque->front == deque->rear) {deque->front = -1;deque->rear = -1;} else if (deque->rear == 0) {deque->rear = deque->size - 1;} else {deque->rear--;}
}int getFront(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return -1; // 队列为空时返回一个特定的值,可以根据实际情况进行修改}return deque->elements[deque->front];
}int getRear(Deque* deque) {if (isEmpty(deque)) {return -1; // 队列为空时返回一个特定的值,可以根据实际情况进行修改}return deque->elements[deque->rear];
}void freeDeque(Deque* deque) {free(deque->elements);
}int main() {Deque deque;int capacity = 5; // 设置队列的容量// 初始化双端队列initDeque(&deque, capacity);// 在队列头部插入元素insertFront(&deque, 1);insertFront(&deque, 2);// 在队列尾部插入元素insertRear(&deque, 3);insertRear(&deque, 4);// 获取队列头部和尾部的元素printf("Front: %d\n", getFront(&deque));printf("Rear: %d\n", getRear(&deque));// 在队列头部删除元素deleteFront(&deque);// 在队列尾部删除元素deleteRear(&deque);// 获取更新后的队列头部和尾部的元素printf("Front: %d\n", getFront(&deque));printf("Rear: %d\n", getRear(&deque));// 释放队列内存freeDeque(&deque);return 0;
}
这篇关于【数据结构】线性表(十一)队列:双端队列及其基本操作(初始化、判空、判满、头部入队、尾部入队、头部出队、尾部出队、存取队首队尾元素)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!