4.C_数据结构_队列

概述

什么是队列：

队列是限定在两端进行插入操作和删除操作的线性表。具有先入先出(FIFO)的特点

相关名词：

• 队尾：写入数据的一段
• 队头：读取数据的一段
• 空队：队列中没有数据，队头指针 = 队尾指针
• 满队：队列中存满了数据，队尾指针 + 1 = 队头指针

循环队列

1、基本内容

循环队列是以数组形式构成的队列数据结构。

循环队列的结构体如下：

typedef int data_t; //队列数据类型
#define N 64        //队列容量
typedef struct{
    data_t data[N]; //数据
    int front;      //队头位置,代表将要出队的位置
    int rear;       //队尾位置,代表将要入队的位置
}sequeue_t;

入队与出队示意图：

在循环队列中，fornt代表将要出队的位置，rear代表将要入队的位置。

• 空队：当fornt = rear时，代表将要出队的地方还没有入队数据，因此整个队列为空。
• 入队：当想要入队时，只需要向rear的位置填入数据即可入队，入队之后应该rear++，让rear指向下一个入队的位置。
• 出队：当想要出队时，只需要从fornt的位置获取数据即可出队，出队之后应该fornt++，让fornt指向下一个要出队的位置。
• 满队：当rear+1 = front时，代表已经满队(这里省略了%限定范围)
• fornt与rear指向空间问题：在循环队列中，满队时会有一个冗余空间不能使用。

循环队列代码的文件构成：

• sequeue.h：数据结构的定义、运算函数接口
• sequeue.c：运算函数接口的实现
• test.c：使用数据结构实现的应用功能代码

循环队列相关函数：

• 创建：sequeue* queue_create(void);
• 删除：int queue_del(sequeue** pQueue);
• 入队列：int enter_queue(sequeue* pQueue,data_t value);
• 出队列：int out_queue(sequeue* pQueue,data_t* value);

2、功能实现

2.1 创建

创建循环队列就是申请空间，并让入队位置与出队位置相等，这代表队列为空。

具体代码实现如下：

/*
 * queue_create:创建队列
 * @ret  NULL--err  other--空队列指针
 * */
sequeue* queue_create(void){
	sequeue* pQueue = NULL;
	//1.申请空间
	pQueue = (sequeue*)malloc(sizeof(sequeue));
	if(pQueue == NULL){
		printf("malloc err\n");
		return NULL;
	}
	//2.初始化,front = rear代表空队列
	memset(pQueue->data,0,N*sizeof(data_t));
	pQueue->front = 0;
	pQueue->rear = 0;
	return pQueue;
} 

2.2 删除

删除就是释放申请的空间即可。

具体代码实现如下：

/*
 * queue_del:销毁队列
 * param pQueue:要销毁的队列
 * @ret  -1--err  0--success
 * */
int queue_del(sequeue** pQueue){
	//1.判断参数有效性
	if(*pQueue == NULL){
		printf("pQueue is NULL\n");
		return -1;
	}
	free(*pQueue);
	*pQueue = NULL;
	return 0;
}

2.3 入队列

入队列的示意图如 "1、基本内容" 中所示，只需要在rear处填入数据并把rear进行偏移即可。

注意：入队列时，需要判断队列是否已满

具体代码实现如下：

/*
 * enter_queue:入队列
 * param pQueue:要入哪一个队列
 * param value:要入队的数据
 * @ret  -1--err  0--success
 * */
int enter_queue(sequeue* pQueue,data_t value){
	//1.判断参数有效性
	if(pQueue == NULL){
		printf("pQueue is NULL\n");
		return -1;
	}
	//2.判断队列是否已满
	if( ((pQueue->rear+1)%N) == pQueue->front ){
		printf("queue is full\n");
		return -1;
	}
	//3.入队列,就是在rear出写入数据
	pQueue->data[pQueue->rear] = value;
	pQueue->rear = (pQueue->rear+1)%N;
	return 0;
}

2.4 出队列

出队列的示意图如 "1、基本内容" 中所示，只需要在front处取出数据并把front进行偏移即可。

注意：出队列时，需要判断队列是否为空

具体代码实现如下：

/*
 * out_queue:出队列
 * param pQueue:要出哪一个队列的数据
 * param value:要出队的数据存放的位置
 * @ret  -1--err  0--success
 * */
int out_queue(sequeue* pQueue,data_t* value){
	//1.判断参数有效性
	if(pQueue == NULL){
		printf("pQueue is NULL\n");
		return -1;
	}
	//2.判断队列是否为空
	if(pQueue->front == pQueue->rear){
		printf("queue is empty\n");
		return -1;
	}
	//3.出队列,就是从front处读数据
	*value = pQueue->data[pQueue->front];
	pQueue->front = (pQueue->front+1)%N;
	return 0;
}

链式队列

1、基本内容

链式队列是以链表形式构成的队列数据结构。

链式队列的结构体如下：

typedef int data_t;
//链表
typedef struct node{
    data_t data;
    struct node* pNext;
}listnode,*linklist;
//队列
typedef struct{
    linklist front;//始终指向冗余的头
    linklist reat; //始终指向入队的位置,新数据接在rear后
}linkqueue;

入队与出队示意图：

在链式队列中，fornt代表冗余的头，rear代表将要入队的位置。

• 空队：当fornt、rear都指向冗余节点时，代表没有数据，即为空队
• 入队：当想要入队时，只需要将数据链接到rear的位置之后即可。
• 出队：当想要出队时，只需要把front后一个数据释放即可，当释放后为空时，需要将rear指向冗余的头。

链式队列代码的文件构成：

• linkqueue.h：数据结构的定义、运算函数接口
• linkqueue.c：运算函数接口的实现
• test.c：使用数据结构实现的应用功能代码

链式队列相关函数：

• 创建：linkqueue* queue_create(void);
• 删除：int queue_delete(linkqueue** pQueue);
• 入队列：int enter_queue(linkqueue* pQueue,data_t value);
• 出队列：int out_queue(linkqueue* pQueue,data_t* value)

2、功能实现

2.1 创建

创建链式队列，需要申请两个空间：冗余的头和队列。初始化时需要把front、rear指向冗余的头，代表这个队列为空队。

具体代码实现如下：

/*
 * queue_create:创建一个空队列
 * @ret  NULL--err  other--空队列指针
 * */
linkqueue* queue_create(void){

	linkqueue* pQueue = NULL;
	linklist pLink = NULL;

	//1.申请空间
	//1.1 队列空间
	pQueue = (linkqueue*)malloc(sizeof(linkqueue));
	if(pQueue == NULL){
		printf("pQueue malloc err\n");
		return NULL;
	}
	//1.2 单链表空间
	pLink = (linklist)malloc(sizeof(listnode));
	if(pLink == NULL){
		printf("pLink malloc err\n");
		free(pQueue);//释放前面申请的空间
		return NULL;
	}
	//2.初始化
	pLink->data = 0;
	pLink->pNext = NULL;
	pQueue->front = pLink;
	pQueue->rear = pLink;
	return pQueue;
}

2.2 删除

删除链式队列，首先需要释放单链表的空间，之后再释放队列的空间。

具体代码实现如下：

/*
 * queue_delete:删除整个队列
 * param pQueue:队列地址
 * @ret  -1--err  0--success
 * */
int queue_delete(linkqueue** pQueue){
	linklist pTmp = NULL;
	//1.判断参数有效性
	if(*pQueue == NULL){
		printf("pQueue is NULL\n");
		return -1;
	}
	//2.开始释放链表
	while((*pQueue)->front != NULL){
		pTmp = (*pQueue)->front;
		(*pQueue)->front = (*pQueue)->front->pNext;
		free(pTmp);
	}
	//3.释放队列
	free(*pQueue);
	*pQueue = NULL;
	return 0;
}

2.3 入队列

入队列的示意图如 "1、基本内容" 中所示，只需要将新数据链接到rear后即可，之后rear需要指向新数据。

具体代码实现如下：

/*
 * enter_queue:入队列
 * param pQueue:队列地址
 * param value:入队数据
 * @ret  -1--err  0--success
 * */
int enter_queue(linkqueue* pQueue,data_t value){
	linklist pLink = NULL;
	//1.判断参数有效性
	if(pQueue == NULL){
		printf("pQueue is NULL\n");
		return -1;
	}
	//2.创建链表结点
	pLink = (linklist)malloc(sizeof(listnode));
	if(pLink == NULL){
		printf("malloc err\n");
		return -1;
	}
	pLink->data = value;
	pLink->pNext = NULL;
	//3.入队列
	//rear后链接新结点
	pQueue->rear->pNext = pLink;
	//队列指针偏移
	pQueue->rear = pLink;
	return 0;
}

2.4 出队列

出队列的示意图如 "1、基本内容" 中所示，需要将front后一个数据进行释放，并连接上剩余的数据。

注意点1：当出队列后，队列为空队，这时需要将rear指向冗余的头

注意点2：出队列之前需要先判断队列是否为空

注意点3：出队之后，需要释放出队元素的空间

具体的代码实现如下：

/*
 * out_queue:出队列
 * param pQueue:队列地址
 * param value:出队数据存放的地址
 * @ret  -1--err  0--success
 * */
int out_queue(linkqueue* pQueue,data_t* value){
	linklist pTmp = NULL;
	//1.判断参数有效性
	if(pQueue == NULL){
		printf("pQueue is NULL\n");
		return -1;
	}
	//2.判断是否为空队列
	if(pQueue->front == pQueue->rear){
		printf("queue is empty\n");
		return -1;
	}
	//3.保存剩余数据
	pTmp = pQueue->front->pNext->pNext;
	//4.出队后队列为空时，需将rear指向冗余头部代表空队列
	if(pQueue->front->pNext == pQueue->rear){
		pQueue->rear = pQueue->front;
	}
	//5.开始出队列
	*value = pQueue->front->pNext->data;
	free(pQueue->front->pNext);
	pQueue->front->pNext = pTmp;
	return 0;
}