数据结构——队列（C语言版）

前言：

在学习完数据结构顺序表和链表之后，其实我们就可以做很多事情了，后面的栈和队列，其实就是对前面的顺序表和链表的灵活运用，今天我们就来学习一下队列的原理和应用。

准备工作：本人习惯将文件放在test.c、SeqList.c、SeqList.h三个文件中来实现，其中test.c用来放主函数，SeqList.c用来放调用的函数，SeqList.h用来放头文件和函数声明

什么是队列？

5、取队头、取队尾、取长度、判断头指针是否为空

完整的队列实例

总结

什么是队列？

队列中的数据是按照先进先出的顺序的，也就是说先进去的数字也先出来

因为队列的这种性质，所以队列我们用链表来实现比顺序表方便很多，因为用顺序表每插入一个数或者删除一个数都需要遍历整个数组，这样就会很容易出错且不够方便，我们一般采用单链表来实现队列

队列的节点结构

队列采用的单链表的结构，所以与单链表差异不大

cpp 复制代码

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

但是我们在操作中，因为队列是要先进先出，其实也就是尾部进数据，头部出数据，所以我们要定义一个头指针和一个尾指针指向头尾两个数据，这样有利于我们后面增加或者删除数据，我们可以再定义一个结构体来存放这两个指针

cpp 复制代码

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;    //头指针
	QNode* ptail;    //尾指针
	int size;        //队列中的元素个数
}Queue;

队列的基本操作

cpp 复制代码

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);
//增加
void QueuePush(Queue* pq,QDataType x);
//删除
void QueuePop(Queue* pq);
//取队头
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//取长度
QDataType QueueSize(Queue* pq);
//判断是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

看上面的函数声明部分我们就可以看到我们每一步要实现的内容，接下来，我们就来一步一步进行实现

1、初始化

cpp 复制代码

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

参数全是一个结构体指针，而且肯定不能为空，所以我们下面的函数基本都要对pq进行断言

2、销毁

将头指针指向的空间逐个释放，最后把头指针和尾指针均赋为空指

cpp 复制代码

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

3、增加（插入数据）

因为先进先出，实际上数据就是从尾部插入，从头部出去，即插入形式为尾插

cpp 复制代码

//插入
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
    //判断头部是否为空
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

用单链表插入数据必须要考虑头部为空和不为空两种情况

4、删除

栈和队列都有一个特点就是，数据只会输出一遍，也就是数据一经输出就会销毁删除

如下：

1在输出之后就会被删除，删除的代码如下：

cpp 复制代码

//删除
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	//1、一个节点
	//2、多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* ptr = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = ptr;
	}
}

这里面又分为两种情况，难度不大，根据注释自行体会即可

5、取队头、取队尾、取长度、判断头指针是否为空

这几步难度不大，放在一起看看

取队头

cpp 复制代码

//取队头
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
    
	return pq->phead->data;
}

取队尾

cpp 复制代码

//取队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->ptail->data;
}

取长度

cpp 复制代码

//取长度
QDataType QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

判断头指针是否为空（这个函数应用上可以在下面的完整案列上体会一下）

cpp 复制代码

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL;
}

完整的队列实例

test.c

cpp 复制代码

//队列
void TestQNode()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	printf("%d\n", QueueSize(&q));
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	QueueDestroy(&q);
}
int main()
{
	TestQNode();
	return 0;
}

SeqList.h

cpp 复制代码

//队列
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);
//增加
void QueuePush(Queue* pq,QDataType x);
//删除
void QueuePop(Queue* pq);
//取队头
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//取长度
QDataType QueueSize(Queue* pq);
//判断是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

SeqList.c

cpp 复制代码

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//插入
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//删除
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	//1、一个节点
	//2、多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* ptr = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = ptr;
	}
}
//取队头
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
    
	return pq->phead->data;
}
//取队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->ptail->data;
}
//取长度
QDataType QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL;
}

运行后结果：

总结

总之，其实队列就是对链表的应用，熟练栈和队列，对我们巩固顺序表和链表帮助很大，当然，队列在一些场景下很实用，后面我会出一个专门的习题讲解篇章，讲数据结构的一些经典题型，感兴趣的可以点赞关注一下

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