数据结构——队列

1>>导言

2>>队列的结构

3>>初始化

4>>打印

1>>导言

在把栈学习完后，步入新的章节------队列，队列是一种特殊的线性表，队列是啥意思呢？栈表示先进后出，入栈出栈操作，类似一个水杯从上边喝水，那么队列是一个先进先出，入列出列的操作，类似生活中的排队，也类似被司马光砸破的水缸，先进来的水总是先出去，这便是队列。在表的后端进行插入操作。进行插入操作的端称为‌队尾 **，进行删除操作的端称为‌队头。**到这同学们应该是听懂了一部分，那么队列的底层结构用什么更为合适呢？我们一起来看看，假设用数组，那很显然，总会存在一个时间复杂度为O（N）的（自己写的函数），因为毕竟是有n个数。

比如这里，1号是队头，先进先出，排队出去。底层结构就用单链表来实现更简单，入列就是尾插，出列就是头删，取头结点元素。这里请大家思考：单链表就一个头结点，尾插到第n个数据，那么时间复杂度为O（N），有什么办法将它降为O（1）吗？在结构中给出答案：

因此我们就来看看队列的结构

2>>队列的结构

注意这里还是和之前的一样包含3个文件，包括：queueI（队列头文件、queuel、（队列尾部文件，test（测试文件）

队列的结构如下

data跟之前一样，在更改数据类型时可以统一修改，它的结构也是跟单链表无太大差异，唯一有所不同的是：我们要再写一个结构体，这个结构体用来存放头结点和尾结点。还有数据个数，这样可以使得时间复杂度降为O（1）；

虽然我们多写了一个结构体，但是让时间复杂度从O(N)降为了O（1），因此在导言中给出的思考就解决了。

接下来根据下面图片的每一个声明做出相应的解释。

3>>初始化

初始化的时候，当然进来要先判断pq是否是空指针。需要把结构体内部的phead和ptail，头结点和尾结点置为空指针，并且让表示结点（人头数）个数的size置为0；在test文件创建完q并返回q的地址，进行初始化。

4>>打印

打印的代码也是一样，进来需要先判断pq是否是空指针，然后建立一个结构体指针，pcur，pcur为pq指向的下一个地址，

在这张图中也就是2；最后当pcur为空指针时，跳出循环。

5>>入列

入列进来也需要判断是否时空指针，为空则pq为假，NULL是0，assert进行断言报错，不为空则进入入列代码，首先：创建一个新结点，新节点类型为结构体指针，这里都跟单链表尾插是一样的，然后使用malloc开辟一个空间，大小为结构体指针的大小。当内存满时，会返回一个空指针，因此我们需要进行判断，为空则打印错误信息并退出，不为空则对新节点初始化------next置为空，val=x;至此为止，新节点创建完毕。

开始进行尾插，也就是入列

这里需要判断是否是第一个结点，如果是，则直接将头和尾直接置为第一个结点的地址，如果不是，则将尾结点的下一个地址改为新节点也就是newnode，然后原来的尾结点更新为新的尾结点。

最后将结点（人头数）加1即可。

6>>出列

在出列的代码里，assert还需要判断是否有结点可以删除，否则会对空指针解引用

6.1>>判断是否为空

所以这里就需要再写一个判断是否为空，如果头结点是空指针就为空，返回true。

那么出列代码的assert要对结果取反，不为空的时候返回false，然后取反为true，这样才能继续执行下面的代码。这里也需要判断一个结点和多个结点的情况，一个结点时，需要把头结点和尾结点置为空指针，因为就他一个能删除，多个结点时，提前存储下一个结点的地址 ，在对pq指向的phead进行释放，然后phead等于下一个结点地址即可完成出列。最后别忘了将结点成员数减一。

7>>取队头和队尾数据and统计个数

这三个比较简单，就放在一起啦，宝子们一起看看就好。

8>>队列销毁

最后是队列的一个销毁，还是和打印差不多，都需要提前存好下一个结点的地址，然后一个一个的释放，最后将头结点和尾结点都置为空指针，然后将size置为0.

9>>三个文件代码

queue.h

cpp 复制代码

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

typedef int data;

typedef struct queuenode {
	data val;
	struct queuenode* next;
}queuenode;

typedef struct queue {
	queuenode* phead;
	queuenode* ptail;
	int size;
}queue;

void qinit(queue*pq);//初始化

void qpirnt(queue* pq);//打印

void qpush(queue* pq, data x);//入列
void qpop(queue* pq);//出列

data qfront(queue* pq);//取队头数据
data qback(queue* pq);//取队尾数据

bool qempty(queue* pq);//判断队列是否为空
int qsize(queue* pq);//统计队列个数

void qdestroy(queue* pq);//队列的销毁

queue.c

cpp 复制代码

#include"queue.h"

void qinit(queue* pq) {
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void qpirnt(queue* pq) {
	assert(pq);
	queuenode* pcur;
	pcur = pq->phead;
	while (pcur) {
		printf("%d -> ", pcur->val);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}
void qpush(queue* pq,data x) {
	assert(pq);
	queuenode* newnode = (queuenode*)malloc(sizeof(queuenode));
	if (newnode == NULL) {
		perror("malloc");
		exit(1);
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	if (pq->phead == NULL) {
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else {
		pq->ptail->next=newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
	pq->size++;
}

void qpop(queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(!qempty(pq));
	if (pq->phead==pq->ptail)
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	else
	{
		queuenode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}
data qfront(queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(!qempty(pq));
	return pq->phead->val;
}
data qback(queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(!qempty(pq));
	return pq->ptail->val;
}
bool qempty(queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL;
}

int qsize(queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size;
}

void qdestroy(queue* pq) {
	assert(pq);
	queuenode* pcur = pq->phead;
	while (pcur) {
		queuenode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

test.c

cpp 复制代码

#include"queue.h"

void test() {
	queue q;
	qinit(&q);
	qpush(&q,1);
	qpush(&q, 2);
	qpush(&q, 3);
	qpush(&q, 4);
	qpirnt(&q);
	printf("%d\n", qsize(&q));
	qpop(&q);
	printf("%d\n", qsize(&q));

}
int main() {
	
	test();
	return 0;
}

10>>总结

今天带着宝子们学习了队列的知识点，包括入列，出列等等队列的操作，希望宝子们在这篇文章能学会使用队列，也希望宝子们数据结构越学越好，无瓶颈！谢谢宝子们观看，期待下一篇与你相见！