C語言數組實現循環隊列：完整數據結構與操作代碼詳解

設計思路

使用固定大小數組模擬循環隊列，通過 Front (隊頭)、Rear (隊尾)、Size (當前元素數) 三個索引管理，實現 O(1) 入隊/出隊。

核心數據結構

#define MinQueueSize 5

struct QueueRecord {
    int Capacity;  // 數組容量
    int Front;     // 隊頭索引
    int Rear;      // 隊尾索引
    int Size;      // 當前元素數
    int *Array;    // 動態分配的數組
};
typedef struct QueueRecord *Queue;

關鍵操作實現

1. 創建隊列

Queue CreateQueue(int capacity) {
    if (capacity < MinQueueSize) { /* 錯誤處理 */ return NULL; }
    Queue Q = malloc(sizeof(struct QueueRecord));
    Q->Array = malloc(capacity * sizeof(int));
    Q->Capacity = capacity;
    Q->Size = 0;
    Q->Front = 0;
    Q->Rear = -1;  // 空隊列約定
    return Q;
}

2. 判滿/判空

int IsEmpty(Queue Q) { return Q->Size == 0; }
int IsFull(Queue Q)  { return Q->Size == Q->Capacity; }

3. 入隊

void Enqueue(Queue Q, int x) {
    if (IsFull(Q)) { /* 錯誤：隊列滿 */ return; }
    Q->Rear = (Q->Rear + 1) % Q->Capacity; // 循環遞增
    Q->Array[Q->Rear] = x;
    Q->Size++;
}

4. 出隊

void Dequeue(Queue Q) {
    if (IsEmpty(Q)) { /* 錯誤：隊列空 */ return; }
    Q->Front = (Q->Front + 1) % Q->Capacity; // 循環遞增
    Q->Size--;
}

5. 獲取隊頭元素

int Front(Queue Q) {
    if (IsEmpty(Q)) { /* 錯誤 */ return -1; }
    return Q->Array[Q->Front];
}

6. 打印隊列 (調試用)

void ShowQueue(Queue Q) {
    if (IsEmpty(Q)) { printf("Empty\n"); return; }
    int i = Q->Front;
    int count = 0;
    while (count < Q->Size) {
        printf("%d ", Q->Array[i]);
        i = (i + 1) % Q->Capacity;
        count++;
    }
    printf("\n");
}

測試主程序

int main(void) {
    Queue Q = CreateQueue(10);
    Enqueue(Q, 1); Enqueue(Q, 2); Enqueue(Q, 3);
    Enqueue(Q, 4); Enqueue(Q, 5); Enqueue(Q, 6);
    Dequeue(Q);           // 移除 1
    Enqueue(Q, 12);       // 入隊 12
    ShowQueue(Q);         // 預期: 2 3 4 5 6 12
    return 0;
}

原代碼問題修正說明

• 循環邏輯錯誤：原代碼 if (Q->Rear == capacity) Q->Rear = 0; 僅在滿時觸發，且 capacity 越界。正確做法是每次入隊/出隊均用取模運算。
• IsFull 邏輯反了：原代碼返回 Size < capacity 表示“未滿”，命名語義不清。改為 Size == Capacity。
• 打印遍歷錯誤：原代碼假設 Front <= Rear 線性遍歷，循環隊列不成立。需按 Size 次循環取模訪問。
• 內存洩漏：缺少 DisposeQueue 釋放 Array 和 QueueRecord。

循環隊列核心在於取模運算統一索引遞增邏輯，配合 Size 字段輕鬆區分“滿/空”狀態，避免犧牲一個存儲單元作區分標記。