数据结构 - 队列（顺序队列、单一数据类型）

队列是一种特殊的线性表，数据从队尾进从对头出，遵循“先进先出”（First In First Out）的原则。
队列的实现方式很多，以C语言为例，队列可以是顺序队列（数据存储在连续的地址空间内，队列按照队列地址顺序排列），也可以是链式队列（地址在物理空间上不连续，通过链式指针访问下一个队列成员），本文介绍的就C语言实现的顺序队列。

顺序队列通常采用数组的形式，在队列成员排在数组当中，有新的数据进来就排在数组后面，数据出去就从数组前面出去。但其中就会有个问题，如果要保证数组的第一位总是队头，那么出去一个数据就要把剩下的全部数据都要向前挪动一位，这将会带来很大的计算量，显然不是理想的做法。
这时候循环队列的思路就出来，可以假想这个数组是个循环的，首尾相接的，就不要一定要保证队头总是在数组的第一个位置，只需要增加个索引记住队头的位置，在出队的时候找到索引位置的数据，让其数据出队就行，然后更新索引到队列的下一个位置作为队头。同样增加个队尾索引，以方便入队。
在编程时候，就可以定义个队列控制体的结构体来记录队列的情况，定义个数组来存储队列。

#ifndef __queue_H
#define __queue_H

typedef int QUEUE_TYPE;

// 队列控制结构体。在队列应用中，定义一个QUEUE_CTRL Q，再定义一个队列BUF，同时对要对BUF及Q初始化
typedef struct 
{
	unsigned int	head;	// 队头 
	unsigned int	tail;	// 队尾 
	unsigned int	size;	// 队列大小
	unsigned char	state;	// 队列状态		1:队列中有数据   0:队列中无数据   
}QUEUE_CTRL;				// 队列控制结构体

void queue_init(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array, unsigned int queue_len);
unsigned char queue_empty(QUEUE_CTRL *queue_ctrl);
unsigned char queue_full(QUEUE_CTRL *queue_ctrl);
unsigned char queue_push(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array, QUEUE_TYPE data);
unsigned char queue_pop(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array, QUEUE_TYPE *data);
void queue_clean(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array);

#endif

可以看到，在队列控制结构体当中，定义了队头队尾的索引，以及队列的大小和队列状态。操作函数就包含有初始化、入队、出队、清空、检查是否满是否空。

#include "queue.h"
#include 
#include 


void queue_init(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array, unsigned int queue_len)
{
    unsigned int i = 0;
		
    queue_ctrl->tail = 0;
    queue_ctrl->head = 0;
    queue_ctrl->size = queue_len;
    queue_ctrl->state = 0;

    for (i = 0; i < queue_ctrl->size; i++)
    {
        queue_array[i] = 0;//初始化数据为0
    }
}


unsigned char queue_empty(QUEUE_CTRL *queue_ctrl)
{
    if (queue_ctrl->state == 0)
	{
		return 1;
	}
    else
	{
		return 0;
	}
}


unsigned char queue_full(QUEUE_CTRL *queue_ctrl)
{
    if (queue_ctrl->head == queue_ctrl->tail && queue_ctrl->state == 1)
	{
		return 1;
	}
    else
	{
		return 0;
	}
}


unsigned char queue_push(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array, QUEUE_TYPE data)
{
	if (queue_full(queue_ctrl))						// 队列满了
	{
		return 0;									// 操作失败
	}
	else											// 队列未满
	{
		queue_array[queue_ctrl->tail++] = data;		// 入队
		queue_ctrl->tail %= queue_ctrl->size;		// 入队计数器超最大值后，从0开始
		queue_ctrl->state = 1;						// 队列非空标志
		return 1;									// 操作成功
	}
}


unsigned char queue_pop(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array, QUEUE_TYPE *data)
{
    if(queue_empty(queue_ctrl))						// 队列无数据
    {
		return 0;									// 队列读取失败
    }
    else
    {
		*data = queue_array[queue_ctrl->head++];	// 读数据
		queue_ctrl->head %= queue_ctrl->size;		// 循环
		if(queue_ctrl->head == queue_ctrl->tail)	// 当取出数==放入数时，说明数据取出完了
		{
			queue_ctrl->state = 0;					// 队列状态改为无数据状态
		}
		return 1;									// 队列读取操作成功
    }
}


void queue_clean(QUEUE_CTRL *queue_ctrl, QUEUE_TYPE *queue_array)
{
    unsigned int i = 0;

    queue_ctrl->tail = 0;
    queue_ctrl->head = 0;
    queue_ctrl->state = 0;

	#if 1 // 可有可无
    for(i = 0; i < queue_ctrl->size; i++)
    {
        queue_array[i] = 0;
    }
	#endif
}

在代码中看到，真正实现了循环队列将数组首尾相连的是求余操作。
queue_ctrl->head %= queue_ctrl->size;
求余就让索引超过数组大小后回到第一个位置。

#include 
#include "queue.h"

#define QUEUE_LEN	(10)

typedef struct 
{
	QUEUE_CTRL ctrl;
	QUEUE_TYPE buf[QUEUE_LEN];
}QUEUE;

int main()
{
	int i = 0;
	QUEUE queue;
	QUEUE_TYPE data = 0;

	queue_init(&queue.ctrl, queue.buf, QUEUE_LEN);

	for (i = 0; i < 11; i++)
	{
		data = i + 1;
		queue_push(&queue.ctrl, queue.buf, data);
	}
	
	for (i = 0; i < queue.ctrl.size; i++)
	{
		if (queue_pop(&queue.ctrl, queue.buf, &data) == 1)
		{
			printf("pop<%d> = %drn", i, data);
		}
	}

	getchar();
	return 0;
}

运行结果：

最后的最后，本人才疏学浅，此代码仅供参考交流，本人如有叙述错误，麻烦各位指正，有什么好的建议欢迎留言。