C语言-数据结构-队列

目录

1.队列的特点

2.队列的实现

2.1.初始化队列

2.2.入队列

2.2.1.入空队列

2.2.2.入非空队列

2.3.出队列

2.4.销毁队列

2.5.完整代码

3.实际应用


1.队列的特点

队列是一种常见的数据结构,它遵循先进先出(FIFO, First In First Out)原则,即先加入队列的元素先被处理(出队),后加入的元素后处理,这一点和栈的特性完全相反。队列广泛应用于计算机科学中,尤其是在任务调度、消息传递、数据缓存等场景中。

那么关于队列的核心就是先进先出,后进后出。

2.队列的实现

首先需要确定队列的数据结构如何设计?

核心思路:使用单链表挂载数据节点,队列的队头指针和队尾指针指向链表头和链表尾

由于队列不同于栈的特性,队列可以两端操作,因此需要两个指针来维护队头和队尾,那么最基本的队列的结构就可以设计出来了,如下:

cpp 复制代码
/* 数据节点 */
typedef struct _DataNode {
    u32 data;
    struct _DataNode *next;
}DataNode;

/* 队列 */
typedef struct _Queue {
    struct _DataNode *head;
    struct _DataNode *tail;
    u32 size;
}Queue;

队列中还加入了队列大小size属性,这里如果做的更通用一些还可以考虑多线程场景,加入锁等,可根据实际需要自行调整。

2.1.初始化队列

初始化队列就是初始化对象的过程,申请内存然后初始化队列的成员,最后返回队列即可,刚开始初始化队列,队列为空,将队头队尾指针置空即可。

cpp 复制代码
/* 初始化队列 */
Queue *init_queue() {
    Queue *q = NULL;
    q = (Queue *)malloc(sizeof(Queue));
    if (!q) {
        return NULL;
    }
    
    q->size = 0;
    q->head = NULL;
    q->tail = NULL;
    return q;
}

2.2.入队列

入队列需要考虑的问题稍微复杂一些,首先要考虑的是空队列怎么办?非空队列怎么办?

空队列和非空队列的头尾指针的指向是不一样的~~~

2.2.1.入空队列

入空队列操作简单,创建数据节点,将队头队尾指针都指向该数据节点即可,因为此时只有一个数据节点。

2.2.2.入非空队列

入非空队列的过程即队头指针的指向不变,队尾指针指向新的节点,也就是说原来队尾指针的next指向新节点,新队尾指针指向新的节点。

入队列完整代码如下:

cpp 复制代码
/* 入队列 */
u8 enqueue(Queue *q, u32 data) {
    DataNode *new = NULL;
    new = (DataNode *)malloc(sizeof(DataNode));
    if (!new) {
        return FALSE; 
    }

    new->data = data;
    new->next = NULL;
    printf("info, enqueue addr:%p\n", new);

    /* 空队列 */
    if (q->size == 0) {    
        q->head = new;
        q->tail = new;
    }else {
        q->tail->next = new;
        q->tail = new;
    }
    q->size++;
    return TRUE;
}

2.3.出队列

出队列的过程和入队列相反,只需要修改队头指针即可,然后返回原有的队头节点即可。

出队完整代码如下:

cpp 复制代码
/* 出队列 */
DataNode *dequeue(Queue *q) {
    DataNode *node = NULL;
    if (q->size) {
        node = q->head;
        q->head = q->head->next;
        q->size--;
    }
    printf("info, dequeue addr:%p\n", node);
    return node;
}

2.4.销毁队列

销毁队列的过程和出队列的过程类似,只需要从队头开始遍历,直到队列中没有元素为止。

cpp 复制代码
/* 销毁队列 */
void destory_queue(Queue *que) {
    if (!que) {
        return;
    }

    while(que->size) {
        DataNode *node = que->head;
        printf("info, destory_queue addr:%p\n", node);
        que->head = que->head->next;
        free(node);
        node = NULL;
        que->size--;
    }
    free(que);
    que = NULL;
}

2.5.完整代码

cpp 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u32;

#define FALSE 0
#define TRUE 1

/* 数据节点 */
typedef struct _DataNode {
    u32 data;
    struct _DataNode *next;
}DataNode;

/* 队列 */
typedef struct _Queue {
    struct _DataNode *head;
    struct _DataNode *tail;
    u32 size;
}Queue;

/* 初始化队列 */
Queue *init_queue() {
    Queue *q = NULL;
    q = (Queue *)malloc(sizeof(Queue));
    if (!q) {
        return NULL;
    }

    q->size = 0;
    q->head = NULL;
    q->tail = NULL;
    return q;
}

/* 销毁队列 */
void destory_queue(Queue *que) {
    if (!que) {
        return;
    }

    while(que->size) {
        DataNode *node = que->head;
        printf("info, destory_queue addr:%p\n", node);
        que->head = que->head->next;
        free(node);
        node = NULL;
        que->size--;
    }
    free(que);
    que = NULL;
}

/* 入队列 */
u8 enqueue(Queue *q, u32 data) {
    DataNode *new = NULL;
    new = (DataNode *)malloc(sizeof(DataNode));
    if (!new) {
        return FALSE; 
    }

    new->data = data;
    new->next = NULL;
    printf("info, enqueue addr:%p\n", new);

    /* 空队列 */
    if (q->size == 0) {    
        q->head = new;
        q->tail = new;
    }else {
        q->tail->next = new;
        q->tail = new;
    }
    q->size++;
    return TRUE;
}

/* 出队列 */
DataNode *dequeue(Queue *q) {
    DataNode *node = NULL;
    if (q->size) {
        node = q->head;
        q->head = q->head->next;
        q->size--;
    }
    printf("info, dequeue addr:%p\n", node);
    return node;
}


int main() {

    Queue *que = NULL;
    que = init_queue();
    if (!que) {
        printf("init queue failed !\n");
        return -1;
    }

    if (!enqueue(que, 10)) {
        printf("enqueue failed !\n");
        return -1;
    }
    if (!enqueue(que, 100)) {
        printf("enqueue failed !\n");
        return -1;
    }

    DataNode *node = dequeue(que);
    printf("info, dequeue node value:%u\n", node->data);
    free(node);
    node = NULL;

    destory_queue(que);
    return 0;
}

运行结果:

3.实际应用

dpdk中关于ring的描述:

dpdk中关于环形队列的设计非常巧妙,感兴趣的可以自行研究。

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