《软件技术基础》实验指导书_实验三、四

《软件技术基础》实验指导书电子商务教研室2009年9月实验三队列的应用◆实验目的与基本要求1、掌握队列的顺序存储和链式存储结构。

2、掌握队列的特点。

3、掌握队列的基本运算。

◆实验条件1、硬件：一台微机2、软件：操作系统和C语言系统◆实验方法确定存储结构后，上机调试实现队列的基本运算。

◆实验内容1、写出队列的出队和入队算法。

2、设有一个可以停放n辆汽车的狭长停车场，它只有一个大门可以供车辆进出。

车辆按到达停车场时间的早晚，依次从停车场最里面向大门口处停放（最先到达的第一辆车放在停车场的最里面）。

如果停车场已停放n辆车，则后来的车辆只能在停车场大门外的便道上等待，一旦停车场内有车开走，则排在便道上的第一辆车就进入停车场。

停车场内如有某辆车要开走，在它之后进入停车场的车都必须先退出停车场为它让路，待其开出停车场后，这些车辆再依原来的次序进场。

每辆车在离开停车场时，都应根据它在停车场内停留的时间长短交费。

如果停留在便道上的车未进停车场要离去，允许其离去，不收停车费，并且仍然保持在便道上等待的车辆次序。

编制一个程序模拟该停车场的管理。

◆性质：必做◆类型：验证◆2h队列是从日常排队现象抽象出来的一种数学模型。

当然数据结构中的队列远没有生活中的排队灵活。

数据结构中的队列规定：数据只能从队尾进，从队首出来。

已经进入队列的数据次序不能再做改变。

这就叫做“先进先出”(FIFO)或者说“后进后出”(LILO)。

允许插入的一端称为队尾，通常用一个称为尾指针（rear）的指针指向队尾元素，即尾指针总是指向最后被插入的元素；允许删除的一端称为队首，通常也用一个队首指针（front）指向队首元素的前一个位置（当然也可以直接指向队首元素，只是许多数据结构的书上都习惯这么定义）。

与队列类似，我们可以用一维数组来模拟队列这种数据结构，也可以用链表来模拟。

根据以上描述，队列可以可以有以下基本操作：1、创建初始化：按约定置队列为空状态。

2、入队列：在队尾加入一个新数据项。

3、出队列：从队首取出一个数据项，并使余下诸项向队首移动。

4、队列空：判断队列是否为空。

5、队列满：判断队列是否已满。

从概念上说，队列不存在“满”状态，其长度可以任意增加，但实现（不论静态或动态）中总有空间限制的。

下面我就来讨论用数组实现队列结构。

假定队列中元素的类型为T,队列的最大长度为queue_size,在任何一刻队列首、尾位置分别用下标head、tail指向。

队列初始状态应为：head=0,tail=-1。

根据队列定义，head值应恒为0，那么每当出队一个数据项，则必须执行多次移动操作（余下诸项向队首移动）。

显然不能直接采用这种结构实现队列。

解决这个问题，可以从数学取模运算联想到一个解决办法。

比如x=(x+1) mod 100 ，则x的变化范围在[0，99]之间，超过100的又从0，1开始。

这不就是我们所需要的嘛！许多书上把它叫作“循环数组”技术。

即当入队列时先移动tail(即tail=(tail+1) mod queue_size)，出队列时先移动head(即head=(head+1) mod queue_size)。

在移动中，若head(或tail)值为queue_size-1,则移动后head(或tail)的值就变成0了，对这种特征就是一个环，只要数组有空间，就可以入队列。

用“循环数组”实现队列，必须注意怎样判断队列的空与满的状态。

除起始状态外。

任何时刻tail所指为最后一个进入队列的元素，而head所指的是刚刚出队列的那个元素原先所占的位置。

因此(head+1) mod queue_size才是真正当前队列中首元素位置。

采用条件：(tail+1) mod queue_size == head 作为“队列满”的判断条件。

实际上此时队列中还有一个空位置，这样队列的利用空间比定义的最大空间少一个单元。

假如把这个单元也利用上，则就不好判断“满”或“空”了（当head==tail），必须根据是tail追上了head,还是head追上了tail才能区分，这样给处理带来了不便。

#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#define NULL 0typedef struct node{int data;}NODE;#define LEN sizeof(NODE)/*队列的需要变量*/typedef enum {false,true}bool; /*定义bool类型*/unsigned int head; /*定义队首下标变量*/unsigned int tail; /*定义队尾下标变量*/static NODE *queue=NULL; /*定义一个队列*/static unsigned int queue_size=0;/*队列的大小*//*========================功能：初始化队列的大小返回：true or false========================*/bool InitQueue(unsigned int size){queue=(NODE *)malloc(size*LEN); /*开辟空间*/ if (queue==NULL) /*开辟空间失败，则返回false*/{return false;}queue_size = size; /*保存队列空间大小值*/head = queue_size-1;/*队首下标赋初值*/tail = queue_size-1;/*队尾下标赋初值*/return true; /*初始化成功，返回true*/}/*======================功能：释放队列的内存返回：void======================*/void FreeQueue(){free(queue);/*注意：这一点很重要。

free()之后并不能将queue置为NULL,所以我们一定要自己做。

这样能防止产生“野指针”,即地址不确定的指针。

*/queue = NULL;}/*==========================功能：判断队列是否已满返回：true or false==========================*/bool Full(){return (((tail+1)%queue_size)==head);}/*===========================功能：判断队列是否为空返回：true or false===========================*/bool Empty(){return (head==tail);}/*========================功能：入队列返回：true or false========================*/bool Push(NODE p){if (!Full()) /*队列不满，则入队列；队尾下标要加1*/ {tail = (tail+1)%queue_size;queue[tail] = p;return true;}else{printf("queue is overflow !\n");return false;}}/*===================功能：出队列返回：出队列元素指针===================*/NODE *Pop(){if (!Empty()) /*队列不空，则出队列；队首下标要加1*/ {head = (head+1)%queue_size;return (&queue[head]);}else{printf("queue is empty !\n");return NULL;}}void main(void){NODE node1 = {3};NODE *p;if (!InitQueue(3)) /*初始化不成功，则退出*/{exit(0);}Push(node1);/*去掉下面的注释，你可以验证讲解中空间利用问题*//*Push(node1);Push(node1);Push(node1);*/p =Pop();printf("%d",p->data);FreeQueue(); /*注意程序退出时释放队列内存*/printf("\n");system("pause");}提示：可以停车场内的车辆管理，看做是堆栈，采用先进后出的运算规则；而在停车场外排队的车辆管理，可以看做是队列，采用先进先出的运算规则。

基本思想：根据题目要求，停车场只有一个大门，因此可用一个栈来模拟。

而当栈满后，继续来到的车辆只能停在便道上，根据便道停车的特点，可知这可以用一个队列来模拟，先排队的车辆先离开便道，进入停车场。

由于排在停车场中间的车辆可以提出离开停车场，并且要求在离开车辆到停车场大门之间的车辆都必须离开停车场，让此车辆离去，然后再让这些车辆依原来的次序进入停车场，因此在一个栈和一个队列的基础上，还需要有一个地方保存为了让路离开停车场的车辆，很显然这也应该用一个栈来模拟，因此，本题中要用到两个栈和一个队列。

参考程序如下：#define N 2 /* 定义停车场栈长度 */#define M 5 /* M为单元时间的收费值 */#define True 1#define False 0#include “stdio.h”/* 存储结构 */typedef struct /* 定义栈元素类型 */{ int num；int arrtime；}elemtype；typedef struct /* 定义栈 */{ elemtype stack[N]；int top；}sqstktp；typedef struct node /* 定义队列结点的类型 */{ int num；struct node *next；}queueptr；typedef struct /* 定义队列 */{ queueptr *front， *rear；}Linkedquetp；void inistack（sqstktp *s） /*初始化栈 */{ s->top=-1;int push(sqstktp *s, elemtype x) /* 数据元素x入指针s所指的栈 */ { if(s->top= = N-1)return(False); /* 如果栈满,返回False */else{ s->stack[++s->top]=x; /* 栈不满, x入栈 */return(True);}elemtype pop(sqstktp *s) /* 栈顶元素出栈 */{elemtype x;if(s->top<0){ x.num=NULL;x.arrtime=NULL;return(x); /* 如果栈空,返回空值 */}else{ s->top--;return(s->stack[s->top+1]); /* 栈不空,返回栈顶元素 */ }}实验四二叉树的应用◆实验目的与基本要求1、掌握指针变量，动态变量的含义。