队列的的概念
队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的头部进行删除操作，而在表的尾部进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时，称为空队列。
队列的特点
- 先进先出 ：这是队列最大的特点，队列中所有的元素都遵循先进先出的原则进行管理数据，最先入队列的一定会最先出队列。
- 受限访问：队列操作数据时，只能对队头或者队尾进行操作。入队（插入数据）只会在队尾进行，出队（删除数据）只会在对头进行。
- 高效：进行删除和插入数据，最坏情况下的时间复杂度是O(1)。
队列的接口实现
队列可以使用数组和链表来实现，但是链表实现起来更清晰。
队列的结构
c
typedef int QUEDATATYPE;
typedef struct QueueNode
{
QUEDATATYPE data;
struct QueueNode* next;
}QUENODE;但是这样有个问题，我每次插入都要找尾节点，这样就太慢了，所以我们就用两个指针来解决这个问题，一个指针指向队列的头节点，一个用来指向队列的尾节点。
c
typedef int QUEDATATYPE;
typedef struct QueueNode
{
QUEDATATYPE data;
struct QueueNode* next;
}QUENODE;
typedef struct Queue
{
QUENODE* phead;
QUENODE* ptail;
int size;
}Queue;队列的初始化
c
//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}入队
入队操作在尾部进行
这里有有两个情况，队列为空与非空。
- 为空的话，就直接将新节点赋给
phead和ptail。 - 非空，将
ptail的next指针指向新节点，再更新ptail。
c
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QUEDATATYPE x)
{
assert(pq);
if (pq->phead == NULL)
{
QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));
if (Node == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
Node->data = x;
Node->next = NULL;
pq->phead = pq->ptail = Node;
}
else
{
QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));
if (Node == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
Node->data = x;
Node->next = NULL;
pq->ptail->next = Node;
pq->ptail = Node;
}
pq->size++;
}出队
出队操作在队头进行
出队同样也有两种情况，只剩下一个节点和多个节点。
- 只有一个节点：也就是只有头节点了，直接将头节点释放掉就好了。
- 多个节点：将头节点释放，更新头节点
c
//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq && pq->size > 0);
if (pq->phead->next == NULL)
{
free(pq->phead);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
}
else
{
QUENODE* tmp = pq->phead;
pq->phead = pq->phead->next;
free(tmp);
tmp = NULL;
}
pq->size--;
}获取队头元素
c
// 获取队头元素
QUEDATATYPE QueueHead(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead->data;
}判空
c
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
}获取栈中有效元素个数
c
// 获取栈中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}销毁队列
c
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
QUENODE* tmp = pq->phead;
while (tmp)
{
pq->phead = pq->phead->next;
free(tmp);
tmp = pq->phead;
}
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}完整代码
Queue.h
c
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef int QUEDATATYPE;
typedef struct QueueNode
{
QUEDATATYPE data;
struct QueueNode* next;
}QUENODE;
typedef struct Queue
{
QUENODE* phead;
QUENODE* ptail;
int size;
}Queue;
//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QUEDATATYPE x);
//出队
void QueuePop(Queue* pq);
// 获取队头元素
QUEDATATYPE QueueHead(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
// 获取栈中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);Queue.c
c
#include"Queue.h"
//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QUEDATATYPE x)
{
assert(pq);
if (pq->phead == NULL)
{
QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));
if (Node == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
Node->data = x;
Node->next = NULL;
pq->phead = pq->ptail = Node;
}
else
{
QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));
if (Node == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
Node->data = x;
Node->next = NULL;
pq->ptail->next = Node;
pq->ptail = Node;
}
pq->size++;
}
//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq && pq->size > 0);
if (pq->phead->next == NULL)
{
free(pq->phead);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
}
else
{
QUENODE* tmp = pq->phead;
pq->phead = pq->phead->next;
free(tmp);
tmp = NULL;
}
pq->size--;
}
// 获取队头元素
QUEDATATYPE QueueHead(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead->data;
}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
}
// 获取栈中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
QUENODE* tmp = pq->phead;
while (tmp)
{
pq->phead = pq->phead->next;
free(tmp);
tmp = pq->phead;
}
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}