数据结构之队列

目录

引言

队列的概念与结构

队列的实现

定义

初始化

销毁 

入队 

判断队列是否为空

出队

获取队头元素

获取队尾元素 

检测队列中有效元素个数 

元素访问

源代码

queue.h

queue.c

test.c

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引言

数据结构之路经过栈后，就来到了与栈联系紧密的兄弟——队列（Queue）

队列的概念与结构

队列： 只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作 的特殊线性表，队列具有 先进先出 FIFO(First In First Out)

入队列： 进行插入操作的一端称为 队尾

出队列： 进行删除操作的一端称为 队头

队列的实现

队列 也可以 数组和链表的结构 实现 ，使用 链表的结构实现更优 一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。

 

定义

队列的实现，需要定义两个结构体，一个代表节点的信息，另一个代表队列的信息，因为队列的特性要在一端入，另一端出，所以要记录头尾指针（要不然找尾效率太低了） ，而size代表当前队列元素个数（可加可不加，加上更好）

初始化

头尾指针置为NULL，size置为0 

销毁 

队列的销毁，本质上就是链表的销毁 ，创建cur变量，循环释放每一个节点，直到cur为空，最后再将头尾指针置为NULL，size置为0

入队 

入队时 ，先生成新节点（因为这里只有入队用到生成新节点，所以不用抽离成函数），再要分空链表和非空链表进行讨论

 空链表判断时，加入assert断言，防止外部操作错误，造成头指针不为空，尾指针为空

链表为空时，则头尾指针都指向新节点；链表不为空时，则正常尾插 

 

判断队列是否为空

专门写一个函数判断，增强复用性和可读性 。如果size为0，则队列为空，返回真；反之，则不为空，返回假 

出队

出队时，先判断队列是否为空（保证phead不为NULL，防止为空指针的解引用），再分单个节点和多个节点来讨论

单个节点，则释放头指针指向的节点后，头尾指针置为NULL；多个节点，则正常头删 

 

获取队头元素

获取队尾元素 

检测队列中有效元素个数 

这里很多函数实现都很简单，有些操作直接外部对结构体都可以直接实现，但最后还是写成函数封装，防止别人使用时对该数据结构不够熟悉，导致使用错误  

 

元素访问

队列中元素访问（打印），不是用函数实现。因为它的特殊结构，决定了它的元素不能从任意位置访问 ，必须符合先进先出原则才可以。所以，我们通常用循环的方式进行访问，同时每访问一个元素，就将它弹出队列，再进行下一个元素的访问。

运行结果 

 

队列与栈有所不同，因为它先进先出的特性，导致顺序只能是1 2 3 4 

这样我们就实现了队列的增删等功能 

源代码

queue.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{QDataType data;struct QueueNode* next;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//出队
void QueuePop(Queue* pq);
//获取队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//检测队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
//检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"queue.h"void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = NULL;pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->ptail == NULL){assert(pq->phead == NULL);pq->phead = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;
}QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->phead->data;
}QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->ptail->data;
}int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"queue.h"void TestQueue1()
{Queue q;//初始化QueueInit(&q);//入队QueuePush(&q, 1);QueuePush(&q, 2);QueuePush(&q, 3);QueuePush(&q, 4);//打印while (!QueueEmpty(&q)){printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);}//销毁QueueDestroy(&q);
}int main()
{TestQueue1();return 0;
}