数据结构：队列(链表和数组模拟实现)

目录

1.何为队列

2.链表模拟实现

[2.1 节点和队列创建](#2.1 节点和队列创建)

[2.2 初始化队列](#2.2 初始化队列)

[2.3 入队操作](#2.3 入队操作)

[2.4 出队操作](#2.4 出队操作)

[2.5 遍历队列](#2.5 遍历队列)

[2.6 获取队首和队尾元素](#2.6 获取队首和队尾元素)

[2.7 判断队列是否为空](#2.7 判断队列是否为空)

[2.8 完整实现](#2.8 完整实现)

[3. 数组模拟实现](#3. 数组模拟实现)

[3.1 创建队列](#3.1 创建队列)

[3.2 入队和出队操作](#3.2 入队和出队操作)

[3.3 遍历队列](#3.3 遍历队列)

[3.4 获取队首和队尾元素](#3.4 获取队首和队尾元素)

[3.5 判断队列是否为空](#3.5 判断队列是否为空)

[3.6 完整实现](#3.6 完整实现)

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1.何为队列

队列也是一种数据结构，队列和栈不同的是，栈是先进后出，而队列是先进先出 ，这跟我们平时排队是一样的，先排的先办完事走，后排的后走，队列又被称为先进先出的线性表 ，简称FIFO(First In First Out)。

那队列是怎么来实现的呢？下面从链表和数组两个方面来模拟实现

2.链表模拟实现

2.1 节点和队列创建

我们用链表来模拟每个队列元素，可以用链表节点来表示，data是数据域，next是指针域

typedef struct QueueNode
{
	int data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

栈有栈顶，那队列也应该有队首和队尾

typedef struct Queue
{
	QueueNode* head, * tail;
	int size;
}Queue;

2.2 初始化队列

创建一个队列和队首、队尾，并进行初始化

void QueueCreate(Queue* que)
{
	que->head = NULL;
	que->tail = NULL;
	que->size = 0;
}

2.3 入队操作

万事具备，就差元素入队填满队列了！

队列的插入操作叫做入队，它是将数据元素从队尾进行插入的过程

4号元素是原先的队尾，在它后面插入元素6，就是入队的过程

我们首先创建一个值为data的队列节点vtx，如果队尾非空，则将vtx作为队尾元素的后继，否则将队首元素置为vtx，队尾元素变成vtx，队列的长度加一。

void QueueEnter(Queue* que, int data)//入队就是将元素从队尾插入的过程
{

	QueueNode* vtx = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	vtx->data = data;
	vtx->next = NULL;
	if (que->tail)
	{
		que->tail->next = vtx;
	}
	else
	{
		que->head = vtx;
	}
	que->tail = vtx;
	que->size++;
}

2.4 出队操作

队列的删除操作叫做出队，它是将队首元素进行删除的过程。

将队首变成原先队首的后继元素，就实现了出队操作

我们将队首元素缓存到temp中，将当前的队首变成temp的后继，释放temp的内存，队列长度减一，如果此时队列为空，则将队尾置为空。

void QueueDelete(Queue* que)
{
	QueueNode* temp = que->head;
	que->head = temp->next;
	free(temp);
	que->size--;
	if (que->size == 0)
	{
		que->tail = NULL;
	}

2.5 遍历队列

我们建立一个cur指向队首，如果cur!=NULL，则cur变为cur的后继

void QueueTravel(Queue* que)
{
	QueueNode* cur = que->head;
	while (cur)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

2.6 获取队首和队尾元素

int QueueGetFront(Queue* que)//获取队首元素
{
	return que->head->data;
}
int QueueGetBack(Queue* que)//获取队尾元素
{
	return que->tail->data;
}

2.7 判断队列是否为空

如果队首等于队尾，说明队列为空，否则队列不为空。

bool QueueIsEmpty(Queue* que)
{
	return que ->head == que->tail;
}

2.8 完整实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct QueueNode//创建队列节点
{
	int data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;
typedef struct Queue//创建队列结构
{
	QueueNode* head, * tail;//队首允许删除，队尾允许插入
	int size;
}Queue;
void QueueCreate(Queue* que)//队列初始化
{
	que->head = NULL;
	que->tail = NULL;
	que->size = 0;
}
void QueueEnter(Queue* que, int data)//入队就是将元素从队尾插入的过程
{

	QueueNode* vtx = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	vtx->data = data;
	vtx->next = NULL;
	if (que->tail)
	{
		que->tail->next = vtx;
	}
	else
	{
		que->head = vtx;
	}
	que->tail = vtx;
	que->size++;
}
void QueueDelete(Queue* que)//出队就是将元素从队尾删除的过程
{
	QueueNode* temp = que->head;
	que->head = temp->next;
	free(temp);
	que->size--;
	if (que->size == 0)
	{
		que->tail = NULL;
	}
}
void QueueTravel(Queue* que)//队列的遍历
{
	QueueNode* cur = que->head;
	while (cur)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}
int QueueGetFront(Queue* que)//获取队首元素
{
	return que->head->data;
}
int QueueGetBack(Queue* que)//获取队尾元素
{
	return que->tail->data;
}
bool QueueIsEmpty(Queue* que)//判断队列是否为空
{
	return que ->head == que->tail;
}
int main()
{
	Queue* que = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
	QueueCreate(que);
	int n;
	scanf_s("%d\n", &n);

	//执行n次入队操作
	while (n--)
	{
		int data;
		scanf_s("%d", &data);
		QueueEnter(que, data);
	}

	//遍历并打印队列元素
	QueueTravel(que);
	
	//打印队首元素
     printf("队首元素为：%d\n", QueueGetFront(que));

	//打印队尾元素
	 printf("队尾元素为：%d\n", QueueGetBack(que));

	//判断队列是否为空
	printf("%d",QueueIsEmpty(que));

	return 0;
	
}

3. 数组模拟实现

3.1 创建队列

在用数组创建队列时，不需要我们开辟空间，数组已经开好了

const int N = 100010;
int q[N];//队列
int hh = 0;//hh表示队首
int tt = -1;//tt表示队尾

3.2 入队和出队操作

我们只需要hh++即可完成队首元素的删除操作，并不是真的删除，而是把队首元素的下标从队列数组中剔除了。

q[++tt] = x;//入队
hh++;//出队

3.3 遍历队列

//遍历并打印队列每个元素的值
for (int i = 0; i <=tt;i++)
{
	printf("%d ", q[i]);
}
printf("\n");

3.4 获取队首和队尾元素

//获取队首的值
printf("队首的值为：%d\n", q[hh]);

//获取队尾的值
printf("队尾的值为：%d\n", q[tt]);

3.5 判断队列是否为空

如果hh<=tt说明队列不为空

//判断队列是否为空，如果hh<=tt，则表示不为空
if (hh <= tt)printf("队列不为空");

3.6 完整实现

#include<stdio.h>
const int N = 100010;
int q[N];
int hh = 0;//hh表示队首
int tt = -1;//tt表示队尾
int main()
{
	int n;
	scanf_s("%d", &n);
	
	while (n--)
	{
		int x;
		scanf_s("%d", &x);
		q[++tt] = x;//入队操作，向队尾插入一个数
	}

	//遍历并打印队列每个元素的值
	for (int i = 0; i <=tt;i++)
	{
		printf("%d ", q[i]);
	}
	printf("\n");

	hh++;//出队操作，从队首删除一个数
	printf("队首的值为：%d\n", q[hh]);
	
	//判断队列是否为空，如果hh<=tt，则表示不为空
	if (hh <= tt)printf("队列不为空");

	return 0;
}