顺序队列与链队列的实现与分析

"数据结构作业涉及队列的顺序表示和链式表示的实现，包括初始化、入队、出队、判断队列状态等功能" 在数据结构中，队列是一种先进先出（FIFO, First In First Out）的数据结构，常用于处理等待执行的任务或数据的缓冲。本作业主要涵盖两种队列的实现方式：顺序队列和链式队列。 一、顺序队列的表示和实现 顺序队列是通过数组来存储元素，它的特点是元素按顺序存储，头指针front指向第一个元素，尾指针rear指向当前最后一个元素的下一个位置。以下是实现顺序队列的基本运算： 1. 初始化队列：分配一个固定大小的数组，并将front和rear都设置为0，表示队列为空。 2. 建立顺序队列：在初始化后，可以通过插入元素来建立队列。 3. 入队：当队列未满时，将新元素添加到rear指向的位置，然后rear加1。 4. 出队：如果队列非空，删除front指向的元素，front加1，并返回被删除的元素。 5. 判断队列是否为空：当front等于rear时，队列为空。 6. 取队头元素：不删除的情况下查看front指向的元素。 7. 遍历队列：从front开始遍历直到rear-1，因为rear指向的是下一个空位。 顺序队列可能出现的溢出情况： - 下溢：队列为空时做出队操作，这是正常情况，通常用于控制程序流程。 - 真上溢：队列已满时尝试入队，导致空间不足，是错误状态，需要处理。 - 假上溢：虽然队列未满，但tail超出数组范围，使得元素无法再入队，实际元素数量远小于数组大小。 二、链式队列的表示和实现 链队列使用链表作为底层数据结构，元素可以动态插入和删除，不局限于固定大小的数组。实现链队列的基本运算如下： 1. 初始化并建立链队列：创建一个空链表，设置头尾指针。 2. 入链队列：在链表尾部插入新节点。 3. 出链队列：删除链表头部的节点，如果链表只剩一个节点，还需更新尾指针。 4. 遍历链队列：从头节点开始遍历直到尾节点。 与顺序队列相比，链队列的优点在于： - 不需要预先知道队列的最大容量，空间利用率更高。 - 入队和出队操作的时间复杂度均为O(1)，效率高。 - 不会出现假上溢现象。 在编程实现时，为了简化边界条件的处理，通常会在链队头添加一个虚拟的头节点，它不存储实际元素，方便出队操作。 为了完成上述功能，需要编写相应的函数，如`initQueue()`用于初始化顺序队列，`enqueue()`和`dequeue()`分别用于入队和出队操作。在链队列中，还需要考虑如何创建和销毁链节点，以及在链表头部和尾部插入和删除节点的函数。 在实际应用中，队列广泛用于操作系统中的进程调度、打印任务管理、网络数据包的传输等场景。理解并熟练掌握队列的表示和操作对于学习和开发这些系统至关重要。