数据结构-队列（C语言的简单实现）

简介

• 队列也是一种数据结构，队列也可以用来存放数字
• 每次只能向队列里将入一个数字，每次只能从队列里获得一个数字
• 在队列中，允许插入的一段称为入队口，允许删除的一段称为出队口
• 它的原则是先进先出(FIFO: first in first out)，先进入队列的数据先出去，后进入的后出去。
• 队列的插入操作称为入队
• 队列的删除操作称为出队

以下是队列中进行入队和出队的演示操作，数据1先进，也是数据1先出

代码实现

1. 初始化队列

typedef struct queue{
    int* elements;  // 存储区
    int cap;  // 队列的容量
    int rear;  // 入队口
    int front;  // 出队口
    int size;  // 队列当前大小
}queue_t;

2. 初始化队列

void queue_init(queue_t* pqueue, int cap){
    // 分配存储区空间
    pqueue->elements = malloc(sizeof(int) * cap);
    if(pqueue->elements == NULL){
        printf("内存分配失败\n");
        return;
    }
    // 赋值容量
    pqueue->cap = cap;
    // 此时因为没有收数据，出队口和入队口都是0，队列当前大小也是0
    pqueue->rear = 0;
    pqueue->front = 0;
    pqueue->size = 0;
}

3. 销毁队列

void queue_deinit(queue_t* pqueue){
    free(pqueue->elements);
    pqueue->elements = NULL;
    pqueue->cap = 0;
    pqueue->rear = 0;
    pqueue->front = 0;
    pqueue->size = 0;
}

4. 判断队列是否已满

int queue_full(queue_t* pqueue){
    // 当size==cap的时候，说明已满，反之则没满
    return pqueue->size == pqueue->cap;
}

5. 判断队列是否为空

int queue_empty(queue_t* pqueue){
    // 当size==0的时候，说明为空，反之则不为空
    return pqueue->size == 0;
}

以下是一组入队出队的操作

6. 入队

void queue_push(queue_t* pqueue, int data){
    // 参考上面的视频，当此时还存在入队操作时，说明队列还没满，
    // 但是此时rear已经超过索引值了(也就是与cap值相等)，需要将rear重置为0;
    if(pqueue->rear == pqueue=>cap)
        pqueue->rear = 0;
    pqueue->elements[pqueue->rear++] = data;
    pqueue->size++;
}

7. 出队

int queue_pop(queue_t*  pqueue){
    // 与入队函数类似，当此时还存在出队操作时，说明队列不为空，
    // 但是此时front已经超过索引值了（也就是与cap值相等），需要将front重置为0
    if(pqueue->front == pqueue->cap)
        pqueue->front = 0;
    pqueue->size--;
    return pqueue->elements[pqueue->front++];
}

实例代码

创建三个文件: queue.c、queue.h、main.c，实现上面动图中的操作

• queue.c定义队列具体的函数

#include "queue.h"

// 初始化队列
void queue_init(queue_t* pqueue, int cap){
    pqueue->elements = malloc(sizeof(int) * cap);
    if(pqueue->elements == NULL){	
        printf("分配队列存储区失败!\n");
	return;
    }
    pqueue->cap = cap;
    pqueue->rear = 0;
    pqueue->front = 0;
    pqueue->size = 0;
}

// 销毁队列
void queue_deinit(queue_t* pqueue){
    free(pqueue->elements);
    pqueue->elements = NULL;
    pqueue->cap = 0;
    pqueue->rear = 0;
    pqueue->front = 0;
    pqueue->size = 0;
}

// 入队
void queue_push(queue_t* pqueue, int data){
    if(pqueue->rear == pqueue->cap)
	pqueue->rear = 0;
    pqueue->elements[pqueue->rear++] = data;
    pqueue->size++;
}


// 出队
int queue_pop(queue_t* pqueue){
    if(pqueue->front == pqueue->cap)
	pqueue->front = 0;
    pqueue->size--;
    return pqueue->elements[pqueue->front++];
}

//判断队列是否已满
int queue_full(queue_t* pqueue){
    return pqueue->size == pqueue->cap;
}

// 判断队列是否为空
int queue_empty(queue_t* pqueue){
    return pqueue->size == 0;
}

• queue.h声明队列的相关函数和定义队列

#ifndef __QUEUE_H
#define __QUEUE_H

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义队列
typedef struct queue{
    int* elements;
    int cap;
    int rear;
    int front;
    int size;

}queue_t;

extern void queue_init(queue_t* pqueue, int cap);
extern void queue_deinit(queue_t* pqueue);
extern void queue_push(queue_t* pqueue, int data);
extern int queue_pop(queue_t* pqueue);
extern int queue_full(queue_t* pqueue);
extern int queue_empty(queue_t* pqueue);

#endif

• main.c主函数使用队列

#include "queue.h"

int main(void){
    // 1. 创建一个队列
    queue_t queue;
    // 2. 初始化队列
    queue_init(&queue, 4);
    // 3. 入队4个数据
    printf("开始第一次入队（4个数据）: ");
    int data = 10;
    for(int i = 0; i < 4; i++){
    	if(!queue_full(&queue)){
	    printf("%d ", data);
	    queue_push(&queue, data);
	    data += 10;
	}
    }
    printf("\n此时还剩%d个数据\n\n", queue.size);
    
    // 4. 出队2个数据
    printf("开始第一次出队（2个数据）: ");
    for(int i = 0; i < 2; i++){
        if(!queue_empty(&queue)){
	    data = queue_pop(&queue);
	    printf("%d ", data);
	}
    }
    printf("\n此时还剩%d个数据\n\n", queue.size);
    
    // 5. 入队2个数据
    printf("开始第二次入队（2个数据）: ");
    data = 10;
    for(int i = 0; i < 2; i++){
        if(!queue_full(&queue)){
            printf("%d ", data);
            queue_push(&queue, data);
            data += 10;
        }
    }
    printf("\n此时还剩%d个数据\n\n", queue.size);

    // 6. 将所有数据全部取出
    printf("将全部数据取出: ");
    while(!queue_empty(&queue)){
    	data = queue_pop(&queue);
	printf("%d ", data);
    }
    printf("\n此时还剩%d个数据\n\n", queue.size);


    // 销毁队列
    queue_deinit(&queue);
    return 0;
}