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一、队列的基本概念与核心特性
1.定义
**队列：**一种只允许在队尾插入元素，在队头删除元素的线性表。
这一特性决定了队列的**"先进先出(FIFO)"**原则，即最早进入队列的元素，最早被取出。
2.核心术语
- **队头：**允许删除的一端，指向队列中第一个元素的位置。
- **队尾：**允许插入的一段，指向队列中最后一个元素的下一个位置。
- 空队列：当队头和队尾指向同一位置。
- **满队列：**队尾达到存储结构的最大容量。
3.常用操作
- **初始化：**创建一个空队列。
- **判空：**判断队列是否为空。
- **判满：**判断队列是否已满，仅顺序队列需要。
- **入队：**在队尾插入一个新元素。
- **出队：**在队头删除一个元素。
- **获取队头元素：**返回队头元素的值，但不删除该元素。
二、队列的常见分类
1.普通队列
- **顺序队列：**基于数组实现，需维护队首和队尾指针/下标；缺点是易出现假溢出。
- 链式队列：基于链表实现，用头节点指向队首、尾节点指向队尾，支持动态扩容，无假溢出问题。
**假溢出：**数组尾部已满但头部有空余空间
2.循环队列
为解决顺序队列的假溢出问题，将数组逻辑上构造成环形，让 head 和 tail 指针在数组中循环移动。其核心是通过取模运算实现 "环形"。
基于效率的考虑，在入队和出队的时候，head 和 tail 均采用直接自增（++）操作。但如果一直自增的话，head 和 tail 会越界。为了准确表达队空、队满的情况，做以下约束：
- **判空条件：**head == tail
- 判满条件：(tail + 1) % tlen == head（预留一个空位置避免与判空条件混淆）
3.双端队列
允许在队首和队尾同时执行入队 / 出队操作的特殊队列，可灵活实现 "栈"（仅用一端操作）或 "普通队列" 的功能，常用于滑动窗口等算法场景。
4.优先级队列
打破 FIFO 原则的特殊队列，元素按优先级排序，优先级最高的元素优先出队，底层通常基于堆实现，常用于任务调度（如嵌入式系统的中断优先级管理）。
三、队列的C语言实现
1.循环顺序队列
固定容量，适合内存受限的嵌入式场景
cpp
typedef int DATATYPE;
typedef struct queue {
DATATYPE *ptr;
int tlen;
int head;
int tail;
}SeqQueue;
// 创建队列
SeqQueue *CreateSeqQueue(int len);
// 出队操作
DATATYPE QuitSeqQueue(SeqQueue *queue);
// 入队操作
int EnterSeqQueue(SeqQueue *queue, DATATYPE data);
// 判空操作
int IsEmptySeqQueue(SeqQueue *queue);
//判满操作
int IsFullSeqQueue(SeqQueue *queue);
// 销毁队列
int DestroySeqQueue(SeqQueue *queue);为方便理解，下面展示循环顺序队列的结构图：
2.链式队列
动态扩容，适合数据量不固定的场景
cpp
typedef struct person
{
char name[32];
char sex;
int age;
int score;
} DATATYPE;
typedef struct quenode
{
DATATYPE data;
struct quenode *next;
} LinkQueNode;
typedef struct
{
LinkQueNode *head;
LinkQueNode *tail;
int clen;
} LinkQue;
// 创建链队
LinkQue * CreateLinkQue();
// 入队操作
int EnterLinkQue(LinkQue *lq,DATATYPE* newnode);
// 出队操作
int QuitLinkQue(LinkQue*lq);
// 获取队头元素
DATATYPE* GetHeadLinkQue(LinkQue *lq);
// 获取链队长度
int GetSizeLinkQue(LinkQue *lq);
// 判空操作
int IsEmptyLinkQue(LinkQue *lq);
// 销毁链队
int DestroyLinkQue(LinkQue * lq);为方便理解，下面展示链式队列的结构图：
四、队列的核心操作复杂度
|--------|------------|----------|
| 操作 | 循环顺序队列 | 链式队列 |
| 入队 | O(1) | O(1) |
| 出队 | O(1) | O(1) |
| 判空/判满 | O(1) | O(1) |
| 获取队首 | O(1) | O(1) |
| 空间复杂度 | O(n)（固定） | O(n)（动态） |
五、队列的典型应用
- 中断数据缓冲：嵌入式系统中，串口 / ADC 等外设的中断接收数据可存入队列，主程序从队列中读取处理，避免数据丢失（如 STM32 的 USART 接收缓冲）。
- 任务调度：RTOS（如 FreeRTOS）中，就绪任务队列按优先级或 FIFO 顺序调度，优先级队列可实现高优先级任务优先执行。
- 广度优先搜索（BFS）：算法中用于层级遍历（如二叉树层序遍历、迷宫最短路径求解）。
- 消息队列：多线程 / 多进程间的通信机制，实现数据的异步传递。