数据结构之队列

引言

队列的概念与结构

队列的实现

定义

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

cpp 复制代码

#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

cpp 复制代码

#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

cpp 复制代码

#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;
}