「数据结构」队列

目录

队列的基本概念

队列的实现

头文件queue.h

实现函数接口

1.初始化和销毁

2.出队列和入队列

3.获取队头元素和队尾元素

4.队列长度+判空

后记

---

前言

欢迎大家来到小鸥的博客~

个人主页：海盗猫鸥

本篇专题：数据结构

多谢大家的支持啦！

上一篇关于数据结构的博客中我们讲解了栈，本篇我们就来讲讲队列吧！

队列的基本概念

1. 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)
2. 入队列：进行插入操作的一端称为队尾
3. 出队列：进行删除操作的一端称为队头

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。

如果使用数组，每次出队列之后，都需要移动数据，消耗较大。

所以本篇使用单链表实现队列，因为头删和尾插刚好可以满足队列的需要，单链表消耗最大的就是尾删后遍历查找新尾节点，但队列不需要尾删，所以不存在这个问题。

队列的入队列顺序和出队列顺序一定是相同的。

队列的实现

队列的C语言实现，我们要实现的函数和实现栈是差不多的：
只是其存放数据的数据结构变为了一个链表

头文件queue.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int QueueDataType;typedef struct QueueNode
{QueueDataType data;struct QueueNode* next;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;//初始化和销毁
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);//入队列和出队列
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);//队头元素和队尾元素
QueueDataType QueueFront(Queue* pq);
QueueDataType QueueBack(Queue* pq);//队列长度函数
int QueueSize(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

这里我们除了定义了链表节点的结构体QueueNode之外，我们还额外创建了一个Queue的结构体，这个结构体是用来存放队列的一些信息的，phead指向队头，ptail则指向队尾，这样进行入栈和出栈的操作时，就可以直接通过这俩个指针直接对链表进行头删和尾插操作，从而实现出队列和入队列操作，；size则表示队列的数据个数。

实现函数接口

1.初始化和销毁

因为我们是通过Queue结构体来操作队列的，所以不论初始化还是后面的函数都需要的是Queue*类型的指针；

//初始化和销毁
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->size = 0;pq->phead = pq->ptail = NULL;
}
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;
}

由于是本质是一个链表结构，所以在释放空间时，需要遍历链表进行释放。

2.出队列和入队列

队列入数据只能从队尾插入；出数据只能从队头出。

//入队列(尾插)
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{assert(pq);//动态申请空间创建空间QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail!");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;//没有节点时if (pq->ptail == NULL){pq->phead = pq->ptail = newnode;}else//存在节点{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}//队列长度pq->size++;
}
//出队列(头删)
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->phead != NULL);//只有一个节点if (pq->phead == pq->ptail){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else//多个节点{QNode* newhead = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = newhead;}pq->size--;
}

入队列和出队列就是运用的链表的尾插和头删的逻辑。

3.获取队头元素和队尾元素

//队头元素和队尾元素
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->phead != NULL);return pq->phead->data;
}
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->ptail != NULL);return pq->ptail->data;
}

由于我们的Queue结构体中就存储了队头和队尾的地址，所以这两个函数就可以直接返回对应的数据。

4.队列长度+判空

//队列长度函数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return !(pq->size);
}

Queue结构体中的size就是在这里起作用的，如果没有size这个成员，就需要遍历链表来实现。

后记

本篇队列的介绍和C语言实现就结束啦！

下篇我们将讲解几道栈和队列的相关OJ题，大家不见不散哦！

那么我们下次见~