重生之我在异世界学编程之数据结构与算法：深入队列篇

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目录

• 一、概述
• 二、链表节点结构
• 三、队列结构
• 四、基本操作
• • 1.初始化队列
  • 2.判断队列是否为空
  • 3.入队操作
  • 4.出队操作
  • [5. 获取队列头元素](#5. 获取队列头元素)
• 五、源码
• • Queue.h
  • Queue.c
  • Test.c
• 快乐的时光总是短暂，咱们下篇博文再见啦！！！不要忘了，给小编点点赞和收藏支持一下，在此非常感谢！！！

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那接下来就让我们开始遨游在知识的海洋！

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一、概述

链表队列是一种基于链表的先进先出（FIFO）数据结构。与数组实现的队列不同，链表队列可以动态地分配和释放内存，因此更适合处理元素数量不确定或需要频繁插入和删除操作的场景。

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二、链表节点结构

在链表队列中，每个节点通常包含两个部分：数据域和指针域。数据域用于存储节点的值，而指针域则用于指向下一个节点。

typedef struct Node {
    int data;           // 数据域
    struct Node* next;  // 指针域
} Node;
 

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三、队列结构

链表队列通常由两个指针组成： front 和 rear 。 front 指针指向队列的头节点（即第一个元素），而 rear 指针指向队列的尾节点（即最后一个元素）。当队列为空时， front 和 rear 都为 NULL。

typedef struct Queue {
   Node* front;  // 头指针
   Node* rear;   // 尾指针
} Queue;

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四、基本操作

1.初始化队列

创建一个空的链表队列，将 front 和 rear 指针都设置为 NULL。

void initializeQueue(Queue* q) {
   q->front = q->rear = NULL;
}

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2.判断队列是否为空

检查 front 指针是否为 NULL。如果是，则队列为空；否则，队列不为空。

int isEmpty(Queue* q) {
   return q->front == NULL;
}

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3.入队操作

在队列的尾部添加一个新节点。首先创建一个新节点，并将其数据域设置为要插入的值。然后更新 rear 指针的 next 域为新节点，并将 rear 指针移动到新节点上。如果队列为空（即 front 为 NULL），则将 front 指针也设置为新节点。

void enqueue(Queue* q, int value) {
   Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
   newNode->data = value;
   newNode->next = NULL;
   if (isEmpty(q)) {
       q->front = q->rear = newNode;
   } else {
       q->rear->next = newNode;
       q->rear = newNode;
   }
}

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4.出队操作

从队列的头部移除一个节点。首先检查队列是否为空。如果不为空，则保存头节点的值，并更新 front 指针为头节点的下一个节点。如果移除的是最后一个节点（即 rear 与 front 相同），则将 rear 也设置为 NULL。最后释放原头节点的内存空间。

 
int dequeue(Queue* q) {
    if (isEmpty(q)) {
        printf("Queue is empty!
 

");
exit(EXIT_FAILURE); // 或者返回一个特殊值表示错误
}
Node* temp = q->front;
int value = temp->data;
q->front = q->front->next;
if (q->front == NULL) {
q->rear = NULL;
}
free(temp);
return value;
}

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5. 获取队列头元素

获取队列头部的元素值而不移除它。首先检查队列是否为空。如果不为空，则返回头节点的数据域值。

int peek(Queue* q) {
    if (isEmpty(q)) {
        printf("Queue is empty!
");
        exit(EXIT_FAILURE); // 或者返回一个特殊值表示错误
    }
    return q->front->data;
}

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五、源码

Queue.h

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

typedef int TreeDatatype;


typedef struct QuequeNode {
	TreeDatatype* data;
	struct QuequeNode* next;
}QNode;

typedef struct Queue{
	QNode* head;			//单链表的头指针作为队头
	QNode* tail;			//单链表的尾指针作为队尾
	int size;				//存储队列元素数量
}Que;



//初始化队列
void QInit(Que* ps);

//销毁队列
void QDestroy(Que* ps);

//插入数据（从队尾）------入队
void QPush(Que* ps, QDatatype x);

//删除数据（从对头）------出队
void QPop(Que* ps);

//判空
bool QEmpty(Que* ps);

//得出队内元素数量
int QSize(Que* ps);

//得到队头元素的数据
QDatatype QFront(Que* ps);

//得到队尾元素的数据
QDatatype QBack(Que* ps);

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Queue.c

#include"Queue.h"

//初始化队列
void QInit(Que* ps) {
	assert(ps);
	ps->head = ps->tail = NULL;
	ps->size = 0;
}

//销毁队列
void QDestroy(Que* ps) {
	assert(ps);
	QNode* cur = ps->head;
	while (cur) {
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	ps->size = 0;
	ps->head = ps->tail = NULL;
}

//插入数据（从队尾）------入队
void QPush(Que* ps, QDatatype* x) {
	assert(ps);
	QNode* cur = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (cur == NULL) {
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	if (ps->head == NULL) {
		assert(ps->tail == NULL);
		ps->head = ps->tail = cur;
	}
	else {
		ps->tail->next = cur;		//先赋值
		ps->tail = cur;				//再更新尾指针
	}
	cur->next = NULL;
	cur->data = x;
	ps->size++;
}

//删除数据（从对头）------出队
void QPop(Que* ps) {
	assert(ps);
	assert(!QEmpty(&q);
	if (ps->head->next == NULL) {
		free(ps->head);
		ps->head = ps->tail = NULL;
		ps->size = 0;
		return;
	}
	QNode* next = ps->head->next;
	free(ps->head);
	ps->head = next;
	ps->size--;
}

//判空
bool QEmpty(Que* ps) {
	assert(ps);
	return (ps->size == 0);
}

//得出队内元素数量
int QSize(Que* ps) {
	assert(ps);
	return (ps->size);
}

//得到队头元素的数据
QDatatype QFront(Que* ps) {
	assert(ps && !QEmpty(ps));
	return (ps->head->data);
}

//得到队尾元素的数据
QDatatype QBack(Que* ps) {
	assert(ps && !QEmpty(ps));
	return (ps->tail->data);
}

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Test.c

#include"Queue.h"
void test1() {
	Que q;
	QInit(&q);

	QPush(&q, 1);
	QPush(&q, 2);
	QPush(&q, 3);
	QPush(&q, 4);
	QPush(&q, 5);
		
	while (!QEmpty(&q)) {
		printf("%d ", QFront(&q));
		QPop(&q);
	}
	printf("\n");

	QDestroy(&q);
}

int main(){
	test1();
	return 0;
}

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