c语言队列原理的实现,c印记(十二)：队列queue原理与实现
一、簡(jiǎn)而言之
在百度百科里面摘取了一段關(guān)于隊(duì)列(queue)的介紹：
隊(duì)列是一種特殊的線性表，特殊之處在于它只允許在表的前端(front)進(jìn)行刪除操作，而在表的后端(rear)進(jìn)行插入操作，和棧一樣，隊(duì)列是一種操作受限制的線性表。
二、一般而言
這里是對(duì)就一般而言， 隊(duì)列的結(jié)構(gòu)，操作方法等的表述。
2.1 結(jié)構(gòu)
以下為隊(duì)列的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 實(shí)現(xiàn)分類
一般來(lái)說(shuō)，隊(duì)列有兩類實(shí)現(xiàn)方式：
數(shù)組實(shí)現(xiàn)：暫時(shí)將其稱為有限隊(duì)列，根據(jù)創(chuàng)建隊(duì)列是傳入的size，創(chuàng)建相應(yīng)size的數(shù)組來(lái)作為隊(duì)列的載體，一般都會(huì)以循環(huán)的方式利用數(shù)組，也可看作循環(huán)隊(duì)列。
優(yōu)點(diǎn)：預(yù)先分配好內(nèi)存，在入隊(duì)和出隊(duì)過(guò)程中不會(huì)重新分配內(nèi)存，有一定時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)。
缺點(diǎn)：因必須預(yù)先分配好內(nèi)存，所以存在內(nèi)存空間浪費(fèi)的問(wèn)題(比如分配了10個(gè)元素，但很多時(shí)候卻只有5個(gè)有效元素)，元素?cái)?shù)目固定，不夠靈活。
鏈表實(shí)現(xiàn)：可稱其為鏈?zhǔn)疥?duì)列，使用鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列，理論上這樣的隊(duì)列可以無(wú)限延伸，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際需要，可以人為的限制隊(duì)列長(zhǎng)度，讓其表現(xiàn)的和數(shù)組實(shí)現(xiàn)方式差不多。
優(yōu)點(diǎn)： 無(wú)需預(yù)先分配內(nèi)存，所以不存在空間浪費(fèi)的問(wèn)題(雖然會(huì)多一個(gè)指針域，但也基本可以接受)，隊(duì)列長(zhǎng)度可限制也可不限制，較為靈活。
缺點(diǎn)： 入隊(duì)出隊(duì)分別需要分配和釋放元素節(jié)點(diǎn)，在時(shí)間上會(huì)略微慢于數(shù)組實(shí)現(xiàn)。
總的來(lái)說(shuō)，在可以確定隊(duì)列長(zhǎng)度最大值的情況下，建議用循環(huán)隊(duì)列，如果你無(wú)法預(yù)估隊(duì)列的長(zhǎng)度時(shí)，則用鏈隊(duì)列。
2.3 基本操作
這里主要指的是隊(duì)列的入隊(duì)(enqueue)與出隊(duì)(dequeue)，對(duì)于鏈?zhǔn)疥?duì)列來(lái)說(shuō)，其入隊(duì)和出隊(duì)也就是鏈表的尾部插入與移除頭部節(jié)點(diǎn)，這里就不多說(shuō)，主要說(shuō)一下以數(shù)組實(shí)現(xiàn)的循環(huán)鏈表的具體實(shí)現(xiàn)(其中head和tail都是表示數(shù)組的下標(biāo))。
入隊(duì)： 如上面的循環(huán)隊(duì)列示意圖，入隊(duì)操作，需要先判斷tail節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)位置是否是head，如果是就表示隊(duì)列已滿，無(wú)法入隊(duì)，如果不是，那就可以入隊(duì)，也即是將元素放入tail的下一個(gè)位置，最后將tail加一(也就是指向最終的尾元素)，其偽代碼如下：
/** 取余保證，當(dāng)tail = size - 1 時(shí)，轉(zhuǎn)回到0 */
int tail = (queue->tail + 1) % queue->size;
if (tail ！= queue->head)
{ /** 此處這樣寫，是因?yàn)檎Ｇ闆r下，非滿的情況多于滿了的情況，這樣寫可以稍微的加快點(diǎn)執(zhí)行速度 */
queue->elems[queue->tail] = elem;
queue->tail = tail;
}
else /** 此時(shí)隊(duì)列已滿 */
{
printf("the queue is full!");
}
出隊(duì)： 先判斷 tail 和head是否相等，如果相等，就比較隊(duì)列已空，無(wú)元素可出，不等則表示非空。此時(shí)需要取出head對(duì)于位置的元素，然后將head加1(當(dāng)然，為了能夠在head 增加到數(shù)組尾部時(shí)能夠轉(zhuǎn)回到首部，那么這里其實(shí)需要 將head加1與隊(duì)列的size取余再賦值給head)，其偽代碼如下：
elem_type elem = elem_null; /** 初始化元素 */
if(queue->tail ！= queue->head) /** 判斷隊(duì)列不為空 */
{/**這樣寫的作用與上一段偽代碼的作用是一樣的 */
elem = queue->elems[queue->head];
/** 取余保證，當(dāng)head= size - 1 時(shí)，轉(zhuǎn)回到0 */
queue->head = (queue->head+1) % queue->size;
}
else /** 此時(shí)隊(duì)列已空 */
{
printf("the queue is empty \n");
}
return elem;
三、和盤托出
這里就是我的具體實(shí)現(xiàn)。目前我實(shí)現(xiàn)的是無(wú)限隊(duì)列(鏈?zhǔn)疥?duì)列 )，鏈表就是前一章實(shí)現(xiàn)的list。
其頭文件如下：
#ifndef __TINY_QUEUE_H__
#define __TINY_QUEUE_H__
#include "general_type.h"
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/***************************************************************************
*
* macro declaration
*
***************************************************************************/
/***************************************************************************
*
* data structure declaration
*
***************************************************************************/
/** the callback function for free item */
typedef void (*tfQueueItemFreeFunc_t)(void* item);
/***************************************************************************
*
* API declaration
*
***************************************************************************/
/**
*@brief create a queue instance
*
*@param none
*
*@return success: queue instance handle, fail: NULL.
*@see
*
*/
G_API GPHD tfQueueCreate(void);
/**
*@brief destroy a queue instance
*
*@param queue [in] pointer to queue instance
*
*@return none.
*@see
*
*/
G_API void tfQueueDestroy(GPHD queue);
/**
*@brief clear(remove and free) all item in queue
*
*@param queue [in] pointer to queue instance
*@param item_free [in] callbck function for free item.
*
*@return none.
*@see
*
*/
G_API void tfQueueClear(GPHD queue, tfQueueItemFreeFunc_t item_free);
/**
*@brief append a item to current queue.
*
*@param queue [in] pointer to queue instance
*@param item [in] pointer new item.
*
*@return success: GTRUE, fail: GFALSE
*@see
*
*/
G_API GBOL tfQueueEnQueue(GPHD queue, void* item);
/**
*@brief pop a item from current queue
*
*@param queue [in] pointer to queue instance
*
*@return success: item handle, fail: NULL.
*@see
*
*/
G_API void *tfQueueDeQueue(GPHD queue);
/**
*@brief get the count of item in current queue.
*
*@param queue [in] pointer to queue instance
*
*@return how many item in current queue.
*@see
*
*/
G_API GU32 tfQueueLength(GPHD queue);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif //end of __TINY_QUEUE_H__
其源文件如下：
#include
#include "general_macro.h"
#include "tiny_queue.h"
#include "tiny_list.h"
#include "vos_mem.h"
/***************************************************************************
*
* macro declaration
*
***************************************************************************/
#define LOGE printf
#define LOGD printf
#define LOGW printf
/***************************************************************************
*
* data structure declaration
*
***************************************************************************/
/** data structure for item */
typedef struct my_queue_item_s
{
tiny_list_node_t node;
void* data;
}my_queue_item_t;
/** data structure for queue */
typedef struct my_queue_s
{
tiny_list_t items;
}my_queue_t;
/***************************************************************************
*
* inner API define
*
***************************************************************************/
static my_queue_item_t* tqItemNew(void* data)
{
my_queue_item_t* item = (my_queue_item_t*)memAlloc(sizeof(my_queue_item_t));
if (item)
{
item->data = data;
}
return item;
}
/***************************************************************************
*
* API define
*
***************************************************************************/
GPHD tfQueueCreate(void)
{
my_queue_t* mq = (my_queue_t*)memAlloc(sizeof(my_queue_t));
if (mq)
{
memset(mq, 0, sizeof(*mq));
tfListInitialize(&(mq->items), memFree);
}
else
{
LOGE("alloc queue instance failed\n");
}
return mq;
}
void tfQueueDestroy(GPHD queue)
{
if (queue)
{
my_queue_t* mq = (my_queue_t*)queue;
tiny_list_t* tl = &(mq->items);
GU32 left_count = tfListCount(tl);
if (left_count > 0)
{
LOGW("here have: %d items in queue, it's maybe lead to memory leak\n", left_count);
}
tfListClear(tl);
memFree(queue);
}
}
void tfQueueClear(GPHD queue, tfQueueItemFreeFunc_t item_free)
{
if (queue)
{
my_queue_t* mq = (my_queue_t*)queue;
tiny_list_t* tl = &(mq->items);
if (item_free)
{
tiny_list_node_t* node = tfListFront(tl);
while (node)
{
my_queue_item_t* mqi = (my_queue_item_t*)node;
item_free(mqi->data);
node = node->next;
}
}
else
{
LOGW("item_free is NULL, so here wouldn't free item, it maybe lead to memory leak\n");
}
tfListClear(tl);
}
}
GBOL tfQueueEnQueue(GPHD queue, void* item)
{
GBOL ret = GFALSE;
if (queue)
{
my_queue_t* mq = (my_queue_t*)queue;
tiny_list_t* tl = &(mq->items);
my_queue_item_t* mqi = tqItemNew(item);
GCHECK(mqi);
tfListPushBack(tl, (tiny_list_node_t*)mqi);
/** todo, is need check push to list is successed ?? */
ret = GTRUE;
}
return GFALSE;
}
void *tfQueueDeQueue(GPHD queue)
{
void* item = NULL;
if (queue)
{
my_queue_t* mq = (my_queue_t*)queue;
tiny_list_t* tl = &(mq->items);
my_queue_item_t* node = (my_queue_item_t*)tfListFront(tl);
if (node)
{
item = node->data;
tfListPopFront(tl); /** remove head node from list */
}
}
return item;
}
GU32 tfQueueLength(GPHD queue)
{
GU32 ret = 0;
if (queue)
{
my_queue_t* mq = (my_queue_t*)queue;
ret = tfListCount(&(mq->items));
}
return ret;
}
其中的 vos_mem.h是我封裝的虛擬系統(tǒng)接口中關(guān)于memory操作的部分，以作跨平臺(tái)使用，以上源文件中使用到的memAlloc，memFree可以簡(jiǎn)單的理解為標(biāo)準(zhǔn)的malloc和free。general_macro.h可以去看第九章。
四、捫心自問(wèn)
這里只是實(shí)現(xiàn)了無(wú)限隊(duì)列的情況，如果后續(xù)在開發(fā)的過(guò)程中還需要有限隊(duì)列的話，再添加相關(guān)接口與實(shí)現(xiàn)代碼。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的c语言队列原理的实现,c印记(十二)：队列queue原理与实现的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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