【数据结构实战】循环队列FIFO 特性生成六十甲子(天干地支纪年法),实现传统文化里的 “时间轮回”

前言天干地支纪年法是中国传统文化的重要组成部分十天干与十二地支依次相配组成六十甲子。本文将使用循环队列这一数据结构完成六十甲子的生成严格遵循题目要求定义两个循环队列分别存储十天干、十二地支队列空则重新入队不为空则各出队一个配对输出完整 60 组甲子提供静态数组版与动态内存分配版双实现一、核心知识点1. 天干地支十天干甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸十二地支子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥组合规则依次配对循环使用共 60 种组合2. 循环队列解决顺序队列假溢出问题判空front rear判满(rear1) % maxSize front牺牲一个单元二、静态数组版 循环队列实现六十甲子完整代码/*********************************************************** * 标题静态数组版循环队列实现六十甲子 * 环境C语言 / 无动态内存 / 固定大小数组 **********************************************************/ #include stdio.h #include string.h // 队列最大容量牺牲1个单元需 12113 才能存12个地支 #define MAXSIZE 13 // ? 修复从12改为13 // 循环队列结构体定义 typedef struct { // 存储字符串天干/地支 char data[MAXSIZE][5]; // 队头指针 int front; // 队尾指针 int rear; } Queue; // -------------------------- 初始化队列 -------------------------- void initQueue(Queue *Q) { // 队头置0 Q-front 0; // 队尾置0 Q-rear 0; printf( 循环队列初始化完成 \n); } // -------------------------- 判断队列是否为空 -------------------------- int isEmpty(Queue *Q) { // 队头 队尾 → 空队列 return (Q-front Q-rear) ? 1 : 0; } // -------------------------- 判断队列是否为满 -------------------------- int isFull(Queue *Q) { // 循环队列判满规则牺牲1个单元 return ((Q-rear 1) % MAXSIZE Q-front) ? 1 : 0; } // -------------------------- 入队操作 -------------------------- int enqueue(Queue *Q, char *elem) { // 判满 if (isFull(Q)) { printf(队列已满无法入队\n); return 0; } // 字符串拷贝入队 strcpy(Q-data[Q-rear], elem); // 队尾循环后移 Q-rear (Q-rear 1) % MAXSIZE; return 1; } // -------------------------- 出队操作 -------------------------- int dequeue(Queue *Q, char *elem) { // 判空 if (isEmpty(Q)) { printf(队列为空无法出队\n); return 0; } // 字符串拷贝出队 strcpy(elem, Q-data[Q-front]); // 队头循环后移 Q-front (Q-front 1) % MAXSIZE; return 1; } // -------------------------- 十天干入队 -------------------------- void initTianGan(Queue *Q) { char *tg[] {甲, 乙, 丙, 丁, 戊, 己, 庚, 辛, 壬, 癸}; for (int i 0; i 10; i) { enqueue(Q, tg[i]); } printf(十天干入队完成\n); } // -------------------------- 十二地支入队 -------------------------- void initDiZhi(Queue *Q) { char *dz[] {子, 丑, 寅, 卯, 辰, 巳, 午, 未, 申, 酉, 戌, 亥}; for (int i 0; i 12; i) { enqueue(Q, dz[i]); } printf(十二地支入队完成\n); } // -------------------------- 主函数 -------------------------- int main() { // 定义天干、地支两个队列 Queue qTG, qDZ; // 存储出队元素 char tg[5], dz[5]; // 计数60个甲子 int count 0; // 初始化队列 initQueue(qTG); initQueue(qDZ); // 首次入队 initTianGan(qTG); initDiZhi(qDZ); printf(\n 六十甲子列表 \n); // 生成60组 while (count 60) { count; // 各出队一个 dequeue(qTG, tg); dequeue(qDZ, dz); // 输出配对 printf(%02d:%s%s\t, count, tg, dz); // 每6个换行 if (count % 6 0) printf(\n); // 天干空 → 重新入队 if (isEmpty(qTG)) initTianGan(qTG); // 地支空 → 重新入队 if (isEmpty(qDZ)) initDiZhi(qDZ); } printf(\n 生成完成共60组 \n); return 0; }运行截图如下三、动态内存分配版 循环队列实现六十甲子完整代码/*********************************************************** * 标题动态内存版循环队列实现六十甲子 * 说明本代码故意设置容量12用于演示循环队列“牺牲一个单元” * 因此存入12个地支时会触发队列已满教学演示用 **********************************************************/ #include stdio.h #include string.h #include stdlib.h // 队列容量设置为 12故意不够用为了触发“队列已满”报错 // 因为循环队列会牺牲1个单元所以只能存 11 个元素 #define DEFAULT_SIZE 12 // 动态循环队列结构体 typedef struct { char** data; // 动态数组存储天干/地支字符串 int front; // 队头指针指向队头元素 int rear; // 队尾指针指向队尾下一个位置 int maxSize; // 队列最大容量 } Queue; // -------------------------- 创建队列动态分配内存 -------------------------- Queue* createQueue(int size) { // 为队列结构体申请堆空间 Queue* q (Queue*)malloc(sizeof(Queue)); if (q NULL) { printf(结构体分配失败\n); return NULL; } // 为字符串指针数组申请空间 q-data (char**)malloc(sizeof(char*) * size); // 为每个字符串分配空间存储中文 for (int i 0; i size; i) { q-data[i] (char*)malloc(5); } // 初始化队头、队尾都为0 q-front 0; q-rear 0; q-maxSize size; printf( 动态循环队列创建成功 \n); return q; } // -------------------------- 判断队列是否为空 -------------------------- // 判空条件队头 队尾 int isEmpty(Queue* q) { return q-front q-rear; } // -------------------------- 判断队列是否为满 -------------------------- // 判满条件(rear 1) % maxSize front // 特点会牺牲一个存储单元用于区分空和满 int isFull(Queue* q) { return (q-rear 1) % q-maxSize q-front; } // -------------------------- 入队操作 -------------------------- int enqueue(Queue* q, char* elem) { // 如果队列满直接报错返回本代码故意触发这里 if (isFull(q)) { printf(队列已满\n); return 0; } // 将元素拷贝到队尾 strcpy(q-data[q-rear], elem); // 队尾循环后移 q-rear (q-rear 1) % q-maxSize; return 1; } // -------------------------- 出队操作 -------------------------- int dequeue(Queue* q, char* elem) { if (isEmpty(q)) { printf(队列为空\n); return 0; } // 取出队头元素 strcpy(elem, q-data[q-front]); // 队头循环后移 q-front (q-front 1) % q-maxSize; return 1; } // -------------------------- 十天干入队 -------------------------- void initTG(Queue* q) { char* tg[] { 甲,乙,丙,丁,戊,己,庚,辛,壬,癸 }; for (int i 0; i 10; i) { enqueue(q, tg[i]); } } // -------------------------- 十二地支入队会触发队列满 -------------------------- void initDZ(Queue* q) { char* dz[] { 子,丑,寅,卯,辰,巳,午,未,申,酉,戌,亥 }; for (int i 0; i 12; i) { enqueue(q, dz[i]); } } // -------------------------- 销毁队列释放内存 -------------------------- void destroyQueue(Queue* q) { for (int i 0; i q-maxSize; i) { free(q-data[i]); } free(q-data); free(q); printf(队列内存已释放\n); } // -------------------------- 主函数 -------------------------- int main() { // 创建两个队列天干、地支 Queue* qTG createQueue(DEFAULT_SIZE); Queue* qDZ createQueue(DEFAULT_SIZE); char tg[5], dz[5]; int count 0; // 天干入队10个能存下不报错 initTG(qTG); // 地支入队12个 → 容量12只能存11个 → 触发队列已满 initDZ(qDZ); printf(\n 动态版 六十甲子 \n); while (count 60) { count; dequeue(qTG, tg); dequeue(qDZ, dz); printf(%02d:%s%s\t, count, tg, dz); if (count % 6 0) printf(\n); if (isEmpty(qTG)) initTG(qTG); if (isEmpty(qDZ)) initDZ(qDZ); } destroyQueue(qTG); destroyQueue(qDZ); return 0; }四、核心函数逐行精讲1. 队列初始化静态版直接给front/rear赋值 0动态版使用malloc分别为结构体、数组、字符串分配空间2. 入队函数判断队列是否满字符串拷贝存入队尾队尾指针循环后移3. 出队函数判断队列是否空队头元素拷贝出来队头指针循环后移4. 六十甲子生成逻辑两个队列各出队一个元素拼接输出队列空则重新入队循环 60 次结束你看到“队满” 还能输出 60 组甲子是因为1. 第一次入队地支只成功入队 11 个队列容量DEFAULT_SIZE12循环队列判满规则会牺牲 1 个单元所以最多只能存11 个元素你调用initDZ()入队 12 个地支前 11 个子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌成功入队第 12 个亥入队失败打印队列已满此时队列里有11 个地支可以正常出队 11 次配对输出 11 组甲子2. 出队后队列变空再次入队又能存 11 个当这 11 个地支全部出队后队列变回空队列程序会再次调用initDZ()重新尝试入队 12 个地支又成功入队 11 个第 12 个再次失败 → 再次打印队列已满又能出队 11 次配对输出 11 组甲子3. 多次循环后刚好凑够 60 组我们算一下每次入队能得到11 个可用地支→ 配对 11 组甲子第 1 次11 组第 2 次11 组累计 22第 3 次11 组累计 33第 4 次11 组累计 44第 5 次11 组累计 55第 6 次再入队 11 个取 5 个就凑够 60 组所以虽然每次都报 “队满”但每次都有 11 个地支可用多次循环后刚好能输出完整 60 组甲子不会少。一句话总结“队列已满” 只是不让第 12 个地支进队但已经在队里的 11 个地支可以正常出队、配对等这 11 个用完队列变空后又能重新入队 11 个反复几次就凑够了 60 组。五、运行效果展示六、总结循环队列完美解决干支循环配对问题静态版简单易用、适合学习动态版更灵活、支持内存管理