数据结构5——队列

1. 队列的概念及结构

队列的概念：

与栈相比，队列也是一种特殊的线性表，不同的是，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。队列遵守先进先出 FIFO(First In First Out)的原则。

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。

图解：

2. 队列的实现

1. 队列节点

链表和数组都能实现队列，但相比之下，链表更优，因为数组出队列时在数组头上出数据，效率会比较低。

//队列节点
typedef int QDataType;
//链表和数组都能实现队列，但相比之下
//链表更优，因为数组出队列时在数组头上出数据，效率会比较低。
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

2. "Que"结构体

增加一个尾指针方便找尾，头指针和尾指针定义为结构体方便传参。

//增加一个尾指针方便找尾，头指针和尾指针定义为结构体方便传参
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;

3. 初始化

//初始化
void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

4. 销毁

//销毁
void QueueDestroy(Que* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

5. 入队列

//入队列
void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//如果队列为空
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

6. 出队列

//出队列
void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//队列为空不能删除

	if (pq->head->next == NULL)//剩一个节点时，要避免尾指针成为野指针
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}

	pq->size--;
}

7. 取队头数据

//取队头数据
QDataType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

8. 取队尾数据

QDataType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

9.判空

bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

10. 求队列大小

//求队列大小
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

3. 测试

int main()
{
	Que q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);


	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");

	QueueDestroy(&q);
	return 0;
}

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源代码

Queue.h

#pragma once

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>

//队列节点
typedef int QDataType;
//链表和数组都能实现队列，但相比之下
//链表更优，因为数组出队列时在数组头上出数据，效率会比较低。
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

//增加一个尾指针方便找尾，头指针和尾指针定义为结构体方便传参
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;

//初始化
void QueueInit(Que* pq);
//销毁
void QueueDestroy(Que* pq);
//入队列
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);
//出队列
void QueuePop(Que* pq);
//取队头数据
QDataType QueueFront(Que* pq);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Que* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Que* pq);
//求队列大小
int QueueSize(Que* pq);

Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Queue.h"

//初始化
void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁
void QueueDestroy(Que* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//入队列
void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//如果队列为空
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

//出队列
void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//队列为空不能删除

	if (pq->head->next == NULL)//剩一个节点时，要避免尾指针成为野指针
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}

	pq->size--;
}

//取队头数据
QDataType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

//取队尾数据
QDataType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

//判空
bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

//求队列大小
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Queue.h"

int main()
{
	Que q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);


	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");

	QueueDestroy(&q);
	return 0;
}