数据结构---栈和队列详解（下）

引言：

大家在使用电脑时有没有经历过，机器有时会处于疑似死机状态，鼠标点什么似乎都没用，双击任何快捷方式都不动弹。就当你失去耐心，打算reset时突然它就像醒酒了一样，把你刚才单击的所有操作都按顺序执行了一遍。这是因为操作系统在当时可能cpu一时忙不过来，等前面的事情忙完后，后面多个指令需要通过一个通道输出，按先后次序排队执行造成的结果。再比如，像移动、联通、电信等电话客服，客服人员和客户相比总是少数的，在所有客服人员都占线的情况下，客户会被要求等待，直到某个客服人员空下来，才能让最先开始等待的客户接通电话，这里也是将当前所有拨打客服电话的客户进行了排队处理。

操作系统和客服系统中，都是应用了一种数据结构，来实现方才提到的先进先出的排队功能，这就是队列。

一、队列的定义

1、队列是一种先进先出（First in first out）的线性表，简称：FIFO；允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端叫做队头。

2、队列是只允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。

二、队列的实现思路

首先我们用链表来实现队列，队列的结构是由一个个的节点组成的，定义俩个指针，一个指向队头，一个指向队尾。节点也需要定义结构体。

三、代码具体实现

1、定义队列结构

cpp 复制代码

//1、先定义队列结点的结构
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode 
{
	QDataType data;
	QueueNode* next;
}QueueNode;
//2、定义队列的结构
typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;//队列头的
	QueueNode* ptail;//队列的尾
}Queue;

2、队列结构初始化

cpp 复制代码

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
		return pq->phead =pq->ptail= NULL;
}

3、判空

cpp 复制代码

//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead ==NULL;
}

4、出队

cpp 复制代码

//出队--队头
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	if (pq->phead == pq->ptail)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		QueueNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;

	}
}

5、队列有效元素

cpp 复制代码

//队列有效元素
int QueueSize(Queue* pq)
{

	assert(pq);
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	int size = 0;
	while (pcur)

	{
		size++;
		pcur = pcur->next;
	}
	return size;
}

6、取队头元素

cpp 复制代码

//取队头元素(数据)
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}

7、取队尾元素

cpp 复制代码

//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}

8、队列的销毁

cpp 复制代码

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
}

9、入队

cpp 复制代码

//入队--队尾
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;

	}
	else
	{
		//队列非空
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
}

四、总结

1、栈是限定仅在表尾插入和删除操作的线性表，队列是只允许在一端进行插入操作，另一端进行删除操作的线性表。

2、它们都可以用线性表的顺序存储结构来实现，但都存在着顺序存储的一些弊端，因此它们各自有各自的技巧来解决这个问题。

对于栈来说，如果是俩个相同数据类型的栈，则可以用数组的俩端做栈底的方法来让俩个栈共享数据，这就可以最大化利用数组的空间。

对于队列来说，为了避免数组在插入和删除是需要移动数据，于是就引入了循环队列，使得队头和队尾可以在数组中循环变化。解决了移动数据的时间损耗，使得本来插入和删除是O（n）的时间复杂度变成了O（1）。

它们也都可通过链式存储结构来实现，实现原则上与线性表基本相同，如下图所示：

|--------|---|
| 顺序栈 | |
| 俩栈共享空间 | |
| 链栈 | |
[栈]

|------|---|
| 顺序队列 | |
| 循环队列 | |
| 链队列 | |
[队列]

五、结尾语

人生就像一个很大的栈演变。人生又仿佛是一天一天小小的栈重现。童年时，父母每天抱你不断地进出家门，壮年你每天奔波于事业与家之间，老年你每天独自蹒跚于养老院的门里屋前。

人生，更需要又进栈出栈精神的体现。在哪里跌倒就应该在哪里爬起来。无论陷入何等困境，只要抬头能仰望蓝天，就有希望，不断进取，你就可以让出头之日重现。困难不会永远存在，强者才能勇往直前。

人生有是一个又一个小小的队列重现，春夏秋冬轮回年年，早中晚夜循环天天。变化的是时间，不变的是你对未来执着的信念。

人生，更需要有队列精神的体现。南极到北极，不过是南纬90°到北纬90°的队列，如果你中途犹豫，临时转向，也许你就只能和企鹅相伴永远。可事实上，无论那个方向，只要你坚持到底，你都可以到达终点。