C 語言靜態數組實現循環隊列：空滿判斷、入隊出隊完整教程

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循環隊列核心難點：如何區分「空」與「滿」？

普通隊列尾部入隊、頭部出隊，數組尾部空間無法重用。循環隊列利用模運算讓 head、tail 繞回數組首部。關鍵在於：head == tail 既可能代表空，也可能代表滿。主流解法是犧牲一個存儲單元作為標誌：

空：head == tail
滿：(tail + 1) % MAX_SIZE == head

實際可用容量 = MAX_SIZE - 1。

數據結構與宏定義

#define QUEUE_SIZE 10
static int queue[QUEUE_SIZE];
static int head = 0, tail = 0;   // head 指向隊頭，tail 指向隊尾下一位置

五大核心操作

1. 入隊 `EnQueue`

void EnQueue(int value) {
    if ((tail + 1) % QUEUE_SIZE == head) {
        printf("隊列已滿，無法入隊\n");
        return;
    }
    queue[tail] = value;
    tail = (tail + 1) % QUEUE_SIZE;
}

2. 出隊 `DeQueue`

int DeQueue() {
    if (head == tail) {
        printf("隊列為空，無法出隊\n");
        return -1;                // 約定錯誤碼
    }
    int temp = queue[head];
    head = (head + 1) % QUEUE_SIZE;
    return temp;
}

3. 判空 `IsEmpty`

int IsEmpty() {
    if (head == tail) { printf("隊列為空\n"); return 1; }
    printf("隊列不為空\n"); return 0;
}

4. 判滿 `IsFull`

int IsFull() {
    if ((tail + 1) % QUEUE_SIZE == head) { printf("隊列已滿\n"); return 1; }
    printf("隊列未滿\n"); return 0;
}

5. 列印隊列 `PrintQueue`

void PrintQueue() {
    for (int i = head; i != tail; i = (i + 1) % QUEUE_SIZE)
        printf("%d ", queue[i]);
    printf("\n");
}

完整可運行測試程序

#include <stdio.h>
#define QUEUE_SIZE 5    // 實際只能存 4 個元素

int queue[QUEUE_SIZE];
int head = 0, tail = 0;

void EnQueue(int value) { /* 同上 */ }
int DeQueue() { /* 同上 */ }
int IsEmpty() { /* 同上 */ }
int IsFull() { /* 同上 */ }
void PrintQueue() { /* 同上 */ }

int main() {
    EnQueue(4); EnQueue(1); EnQueue(2); EnQueue(9); EnQueue(8); // 第 5 次會提示「已滿」
    PrintQueue();          // 4 1 2 9
    DeQueue(); DeQueue();  // 出 4, 1
    PrintQueue();          // 2 9
    return 0;
}

進階優化方向

痛點	優化方案	代價
浪費 1 個槽位	額外 `size` 計數器 / `tag` 標誌位	額外內存/邏輯複雜度
固定容量	動態數組 + 2倍擴容 + 數據搬移	擴容時 O(n) 延遲
非線程安全	環形緩衝區 + 原子操作 / 鎖	同步開銷