数据结构：队列

基本概念

队列是最常见的概念，日常生活经常需要排队，仔细观察队列会发现，队列是一种逻辑结构，是一

种特殊的线性表。特殊在：

只能在固定的两端操作线性表

只要满足上述条件，那么这种特殊的线性表就会呈现一种"先进先出"的逻辑，这种逻辑就被称为队

列。

由于约定了只能在线性表固定的两端进行操作，于是给队列这种特殊的线性表的插入删除，起个特

殊的名称：

队头：可以删除节点的一端

队尾：可以插入节点的一端

入队：将节点插入到队尾之后

出队：将队头节点从队列中剔除

由于这种固定两端操作的简单约定，队列获得了"先进先出"的基本特性，如下图所示：

顺序存储的队列：循环队列

与其他的逻辑结构类似，队列可以采用顺序存储形成循环队列，也可以采用链式存储形成链式队

列。顺序存储的队列之所以被称为循环队列，是因为可以利用更新队头队尾的下标信息，来循环地

利用整个数组，出队入队时也不必移动当中的数据。循环队列示意图如下所示：

从上述动图中可以观察到，需要牺牲至少数组中的一个存储位置，来区分循环队列中的满队和空

队。满队和空队的约定如下：

当head（队头元素下标）与tail（队尾元素下标）相等时，队列为空

当tail循环加一与head相等时，队列为满

与其他数据结构一样，管理循环队列除了需要一块连续的内存之外，还需要记录队列的总容量、当

前队列的元素个数、当前队头、队尾元素位置，如果有多线程还需要配互斥锁和信号量等信息，为

了便于管理，通常将这些信息统一于在一个管理结构体之中：

复制代码

typedef   int   DATA;
typedef  struct
{
   DATA      *pData; // 队列入口
   int         size;   // 队列总容量
   int         head;   // 队列队头元素下标
   int         tail;   // 队列队尾元素下标
}SQueue;

循环队列的基本操作

分析

squeue.h

复制代码

#ifndef __SQUEUE_H
#define __SQUEUE_H
typedef   int   DATA;
typedef  struct
{
   DATA      *pData; // 队列入口
   int         size;   // 队列总容量
   int         head;   // 队列队头元素下标
   int         tail;   // 队列队尾元素下标
}SQueue;
// 初始化队列
int SQ_init(SQueue *q, int num);
// 判断队列是否已满
int SQ_isfull(SQueue *q);
// 判断队列是否为空
int SQ_isempty(SQueue *q);
// 入队
int SQ_push(SQueue *q,DATA data);
// 出队
int SQ_pop(SQueue *q,DATA *data);
// 回收队
int SQ_free(SQueue *q);
#endif

squeue.c

复制代码

#include <stdlib.h>
#include "squeue.h"
// 初始化队列
int SQ_init(SQueue* q,int num)
{
    q -> pData = (DATA*)calloc(sizeof(DATA),num);
    if(q -> pData == NULL)
       return -1;
    q -> size  = num ;
    q -> head  = q -> tail = 0;
    return 0;
}
// 判断队列是否已满
int SQ_isfull(SQueue *q)
{
    return (q -> tail + 1) % q -> size  == q -> head;
}
// 判断队列是否为空
int SQ_isempty(SQueue *q)
{
    return q -> tail  == q -> head;
}
// 出队
int SQ_push(SQueue *st,DATA data)
{
    if(SQ_isfull(st))
       return -1;
    st -> pData[st -> tail] = data;
    st -> tail = (st -> tail+1) % st -> size;
    return 0;
}
// 入队
int SQ_pop(SQueue *st,DATA *data)
{
    if(SQ_isempty(st))
       return -1;
    *data = st -> pData[st -> head];
    st -> head = (st -> head+1) % st -> size;
    return 0;
}
// 回收队列
int SQ_free(SQueue *st)
{
    if(st -> pData)
   {
         free(st->pData);
         st -> pData = NULL;
   }
    st -> head = st -> tail  = 0;  
}

注意：

循环队列中，需要牺牲一个存储位置来区分空队和满队

链式存储的队列：链式队列

链式队列的组织形式与链表无异，只不过插入删除被约束在固定的两端。为了便于操作，通常也会

创建所谓管理结构体，用来存储队头指针、队尾指针、队列元素个数等信息：

从上图可以看到，链式队列主要控制队头和队尾，由于管理结构体中保存了当前队列元素个数

size，因此可以不必设计链表的头节点，初始化空队列时只需要让队头队尾指针同时指向空即可。

以下是队列链表节点设计和管理结构体设计的示例代码：

复制代码

typedef  int  DATA;
// 链式队列节点
typedef struct _node
{
    DATA        data;
    struct _node  *next;
}NODE/*,*PNODE*/;
// 链式队列管理结构体
typedef struct
{
   NODE     *pHead; // 队头指针
   NODE     *pTail; // 队尾指针
   int       size ; // 队列当前元素个数
   int       num ;
}LinkQueue;

链式队列的基本操作

分析

linkQueue.h

复制代码

#ifndef __LINKQUEUE_H
#define __LINKQUEUE_H
typedef  int  DATA;
// 链式队列节点
typedef struct _node
{
    DATA        data;
    struct _node  *next;
}NODE/*,*PNODE*/;
// 链式队列管理结构体
typedef struct
{
   NODE     *pHead; // 队头指针
   NODE     *pTail; // 队尾指针
   int       size ; // 队列当前元素个数
int       num ;
}LinkQueue;
void LQ_init(LinkQueue *q,int sz);
int  LQ_isfull(LinkQueue *q);
int  LQ_isempty(LinkQueue *q);
int  LQ_push(LinkQueue *q,DATA data);
int  LQ_pop(LinkQueue *q,DATA *data);
int LQ_free(LinkQueue *q);
#endif

linkQueue.c

复制代码

#include "LinkQueue.h"
#include <stdlib.h>
void LQ_init(LinkQueue *q,int sz)
{
    q -> pHead = q -> pTail = NULL;
    q -> size  = sz;
    q -> num   = 0;
}
int  LQ_isfull(LinkQueue *q)
{
    return q -> num == q -> size;
}
int  LQ_isempty(LinkQueue *q)
{
    return q -> num == 0;
}
int  LQ_push(LinkQueue *q,DATA data)
{
    if(LQ_isfull(q))
       return -1;
    NODE* pNew = (NODE*)malloc(sizeof(NODE));
    if(!pNew)
        return -1;
    pNew -> data  = data;
    pNew -> next  = NULL;
    if(!(q -> pTail))
       q -> pHead = q -> pTail = pNew;
else
   {       
       q -> pTail -> next  = pNew;
       q -> pTail = pNew;
   }
    q -> num ++;
    return 0;
}
int  LQ_pop(LinkQueue *q,DATA *data)
{
    if(LQ_isempty(q))
       return -1;
     NODE* p = q -> pHead;
     *data  = p -> data;
     if(p == q -> pTail)
         q -> pHead = q -> pTail = NULL;
     else     
         q -> pHead = p -> next;
         
     free(p);
     q -> num --;
 
    return 0;
}
int LQ_free(LinkQueue *queue)
{
    NODE* p = queue -> pHead, *q = NULL;
    while(p)
   {
        q  = p;
        p  = p -> next;
        free(q);
   }
    queue -> pHead = queue -> pTail = NULL;
    queue -> num   = 0;
    return 0;
}

linkQueue_main.c

复制代码

int main(void)
{
    LinkQueue    queue;
    LQ_init(&queue,10);
    register  int i = 1;    
    for(; i <= 10 ; i++) 
       LQ_push(&queue, i);
    if( -1 == LQ_push(&queue,1024))
      fprintf(stderr,"满队,入队失败!\n");
    while(!LQ_isempty(&queue))
   {
        DATA   data;
        LQ_pop(&queue,&data);
        printf("%4d",data);
   }
    printf("\n");
    LQ_free(&queue);
    return 0; 
}