暴力数据结构之栈与队列（队列详解）

1.队列的定义

       队列是一种特殊的线性表，它遵循先进先出（FIFO）的原则。在队列中，只允许在表的一端进行插入操作（队尾），而在另一端进行删除操作（队头）。这种数据结构确保了最先进入队列的元素总是最先离开队列。队列中没有元素时，被称为空队列。队列的组织和实施训练通常由队列条令予以规定，用于规范部队、分队队列及其在各种条件下的运动队形和动作。

出队的是队头，入队的为队尾

2.实现队列 

对于队列，我们知道是一种线性表，我们可以使用单链表、双向链表或者数组都可以实现，这里我们首先介绍使用单链表实现的。

对于单链表实现队列，我们知道队列有队头和队尾，所以设置两个指针*phead 和*ptail表示头尾，但是如何找到头和尾需要讨论，如果只是创建一个单链表，那么索引头尾就十分繁琐，所以我们可以设计两个链表，一个存储数据，一个索引头尾，这样就很方便的实现了队列。

typedef int QDataType;typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDataType val;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;

 解释：创建一个单链表 QueueNode 用来存储队列元素，再创建一个单链表 Queue 索引队头和队尾，插入数据时 QueueNode 使用动态内存申请开辟空间节点 newnode， 尾节点 *ptail 指向新开辟的节点，即索引队尾，队头保持不变，从而实现索引头尾的功能。

3.队列的相关操作

3.1 初始化和销毁

初始化：断言传入指针不为NULL，将起索引作用的链表头尾均置为NULL，链表长度初始化为0。

void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = NULL;pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

销毁：创建一个cur指针保存头结点，依次释放，最后将整个链表初始化。

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;
}

3.2 插入和删除

插入：队列只有队尾插入，所以直接在QueueNode单链表上动态内存开辟一个newnode新节点，然后让单链表Queue索引头尾，修改Queue中的数据。

// 队尾插入
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->next = NULL;newnode->val = x;if (pq->ptail == NULL){pq->phead = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}

删除： 首先判断删除的链表是否为NULL，不为NULL则可以删除，所以创建一个新的next 保存待删除节点，释放节点，置为NULL，当然若只有一个节点即*phead就是*ptail，将他们置为NULL即可。

// 队头删除
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->size != 0);/*QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;if (pq->phead == NULL)pq->ptail = NULL;*/// 一个节点if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else // 多个节点{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;
}

 3.3 取出队头或队尾的数据

取出队头：这时两个单链表的作用就体现出来了，取队头直接取phead->val的元素即可。

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->phead);return pq->phead->val;
}

 取出队尾：直接返回尾节点ptail->val的数据即可。

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->ptail);return pq->ptail->val;
}

 3.4 判空与计算链表长度

计算链表长度：直接返回Queue中的size即可

int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

判空： 判断链表长度是否为0，是则为空，反之不为空。

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}