單片機的FIFO(先入先出)循環(huán)隊列實現(xiàn)
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// 文件：config.h
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#ifndef __CONFIG_H
#define __CONFIG_H
//這一段無需改動
//This segment should not be modified
#ifndef TRUE
#define TRUE 1
#endif
#ifndef FALSE
#define FALSE 0
#endif
typedef unsigned char uint8;
typedef signed char int8;
typedef unsigned short uint16;
typedef signed short int16;
typedef unsigned int uint32;
typedef signed int int32;
typedef float fp32;
#include "FIFOQUEUE.h"
#endif
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// 文件：FIFOQUEUE.h
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#ifndef _FIFOQUEUE_H
#define _FIFOQUEUE_H
#define ElemType uint8
#define QueueSize 20 //fifo隊列的大小
#define QueueFull 0 //fifo滿置0
#define QueueEmpty 1 //FIFO空置1
#define QueueOperateOk 2 //隊列操作完成 賦值為2
struct FifoQueue
{
uint16 front; //隊列頭
uint16 rear; //隊列尾
uint16 count; //隊列計數(shù)
ElemType dat[QueueSize];
};
//Queue Initalize
extern void QueueInit(struct FifoQueue *Queue);
// Queue In
extern uint8 QueueIn(struct FifoQueue *Queue,ElemType sdat);
// Queue Out
extern uint8 QueueOut(struct FifoQueue *Queue,ElemType *sdat);
#endif
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// 文件：FIFOQUEUE.C
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#include "config.h"
//Queue Init
void QueueInit(struct FifoQueue *Queue)
{
Queue->front = Queue->rear;//初始化時隊列頭隊列首相連
Queue->count = 0; //隊列計數(shù)為0
}
// Queue In
uint8 QueueIn(struct FifoQueue *Queue,ElemType sdat) //數(shù)據(jù)進入隊列
{
if((Queue->front == Queue->rear) && (Queue->count == QueueSize))
{ // full //判斷如果隊列滿了
return QueueFull; //返回隊列滿的標志
}else
{ // in
Queue->dat[Queue->rear] = sdat;
Queue->rear = (Queue->rear + 1) % QueueSize;
Queue->count = Queue->count + 1;
return QueueOperateOk;
}
}
// Queue Out
uint8 QueueOut(struct FifoQueue *Queue,ElemType *sdat)
{
if((Queue->front == Queue->rear) && (Queue->count == 0))
{ // empty
return QueueEmpty;
}else
{ // out
*sdat = Queue->dat[Queue->front];
Queue->front = (Queue->front + 1) % QueueSize;
Queue->count = Queue->count - 1;
return QueueOperateOk;
}
}
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// 文件：Main.C
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#include
#include "config.h"
void main(void)
{
struct FifoQueue MyQueue;
ElemType sh;
uint8 i;
QueueInit(&MyQueue);
while(1)
{
for(i = 0;i < 30;i++)
{
if(QueueIn(&MyQueue,i) == QueueFull) break;
}
for(i = 0;i < 30;i++)
{
if(QueueOut(&MyQueue,&sh) == QueueEmpty) break;
}
}
while(1);
}
隊列是一種先進先出（first infirst out，縮寫為FIFO）的線性表。它只允許在標的一端進行插入，而在另一端刪除元素。這和我們?nèi)粘Ｉ钪械呐抨犑且恢碌模钤邕M入隊列的元素最早離開。在隊列中，允許插入的一端叫做隊尾（rear），允許刪除的一端則稱為對頭（front）（排隊買票，窗口一端叫對頭，末尾進隊叫隊尾）。
用鏈表表示的隊列稱為鏈隊列，如圖2所示。一個鏈隊列顯然需要兩個分別指向?qū)︻^和隊尾的指針（分別稱為頭指針和尾指針）才能唯一確定。這里，和線性表的單鏈表一樣，為了操作方便起見，我們先給鏈隊列添加一個頭結(jié)點，并令頭指針和尾指針均指向頭結(jié)點，如圖3(a)所示。鏈隊列的操作即為單鏈表的插入和刪除操作的特殊情況，只是尚需修改尾指針或頭指針，圖3(b)~(d)展示了這兩種操作進行時指針變化的情況。下面給出鏈隊列類型的模塊說明。
圖２ 鏈隊列示意圖
圖３ 隊列運算指針變化情況 (a)空隊列；(b)元素x入隊；(c)元素y入隊；(d)元素x出隊
//=====ADT Queue的表示與實現(xiàn)=====
//-----單鏈隊列——隊列的鏈式存儲結(jié)構(gòu)-----
typedef struct QNode{
QElemType data;
struct QNode *next;
}QNode, *QueuePtr;
typedef struct{
QueuePtr front; //對頭指針
QueuePtr rear; //隊尾指針
}LinkQueue；
//-----基本操作的函數(shù)原型說明（幾個易錯常考的）-----
Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType &e)
//若隊列不空，則用e返回Q的對頭元素，并返回OK；否則返回ERROR
Status EnQueue(LinkQueue &Q, QElemType e)
//插入元素e為Q的新的隊尾元素
Status DeQueue(LinkQueue &Q, QElemType &e)
//若隊列不空，則刪除Q的對頭元素，用e返回其值，并返回OK；
//否則返回ERROR
和順序棧相類似，在隊列的順序存儲結(jié)構(gòu)中，除了用一組地址連續(xù)的存儲單元依次存放從隊列頭到隊列尾的元素之外，尚需附設(shè)兩個指針front和rear分別之時隊列頭元素和隊列尾元素的位置。為了在C語言中描述方便起見，在此我們約定：初始化建空隊列時，令front=rear=0，每當插入新的隊列尾元素時，“尾指針增1”；每當刪除隊列頭元素時，“頭指針增1”。因此，在非空隊列中，頭指針始終指向隊列頭元素，而尾指針始終指向隊列尾元素的下一個位置。如圖4所示。
圖4 頭、尾指針和隊列中元素之間的關(guān)系
(a)空隊列；(b)J1、J2和J3相繼入隊列；(c)J1和J2相繼被刪除；(d)J4、J5和J6相繼插入隊列之后J3及J4被刪除
假設(shè)當前為隊列分配的最大空間為6，則當隊列處于圖4(d)的狀態(tài)時不可再繼續(xù)插入新的隊尾元素，否則會因數(shù)組越界而遭致程序代碼被破壞。然而此時又不宜如順序棧那樣，進行存儲再分配擴大數(shù)組空間，因為隊列的實際可用空間并未占滿。一個較巧妙的辦法是將順序隊列臆造為一個環(huán)狀的空間，如圖5所示，稱之為循環(huán)隊列。指針和隊列元素之間關(guān)系不變，如圖6(a)所示循環(huán)隊列中，隊列頭元素時J3，隊列尾元素是J5，之后J6、J7和J8相繼插入，則隊列空間均被占滿，如圖6(b)所示，此時Q.front=Q.rear；反之，若J3、J4和J5相繼從圖6(a)的隊列中刪除，使隊列呈“空”的狀態(tài)，如圖6(c)所示。此時亦存在關(guān)系式Q.front=Q.rear，由此可見，只憑等式Q.front=Q.rear無法判別隊列空間是“空”還是“滿”。可由兩種處理方法：其一是另設(shè)一個標志位以區(qū)別隊列是“空”還是“滿”；其二是少用一個元素空間，約定以“隊列頭指針在隊列尾指針的下一位置（指環(huán)狀的下一位置）上”作為隊列呈“滿”狀態(tài)的標志。
圖5 循環(huán)隊列示意圖
圖6 循環(huán)隊列的頭尾指針 (a)一般情況；(b)隊列滿時；(c)空隊列；
從上述分析可見，在C語言中不能用動態(tài)分配的一維數(shù)組來實現(xiàn)循環(huán)隊列。如果用戶的應(yīng)用程序中設(shè)有循環(huán)隊列，則必須為它設(shè)定一個最大隊列長度；若用戶無法預(yù)估所用隊列的最大長度，則宜采用鏈隊列。循環(huán)隊列類型的模塊說明如下：
//-----循環(huán)隊列———隊列的順序存儲結(jié)構(gòu)-----
#define MAXQSIZE 100
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