数据结构第七章：队列的学习

目录

• 一.队列的概念和结构
• 二.队列头文件实现
• 三.队列具体函数实现
• • 1.队列的初始化
  • 2.队列的销毁
  • 3.入队列
  • 4.出队列
  • 5.返回队列头的数据
  • 6.返回队列尾的数据
  • 7.队列大小的获取
  • 8.判断队列是否为空

一.队列的概念和结构

队列是遵循先进先出原则的线性数据结构，仅可以在队尾插入元素，仅可以在队头删除数据。

队列主要分为顺序队列和链式队列两种结构。

顺序队列一般由数组结构来实现，类似于顺序表的方式实现。需要在空间不足时，及时申请空间。

链表队列一般由链表结构来实现，无需担心空间的浪费。

下面队列将用链表的形式来实现。因为顺序表实现的队列，空间大小不足时，扩容不方便。并且在出队函数中，顺序表实现时需要将头节点后面的所有节点前挪一个位置。效率较低。

二.队列头文件实现

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
  struct QueueNode *next;
  QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
  QNode* head;
  QNode* tail;
}Queue;
//队列的初始化
void QueueInit(Queue *pq);
//队列的销毁
void QueueDestory(Queue *pq);
//入队列
void QueuePush(Queue*pq,QDataType x);
//出队列
void QueuePop(Queue* pq);
//返回队列头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//返回队列尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//得出队列的大小
int QueueSize(Queue *pq);
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue *pq);

三.队列具体函数实现

1.队列的初始化

void QueueInit(Queue *pq)
{
  assert(pq);
  pq->head=pq->tail=NULL;
}

上述代码的具体解释：首先排除pq指针为空的情况，否则后续会错误的使用空指针，接下来的初始化就是将头节点和尾节点置为NULL即可。

2.队列的销毁

void QueueDestory(Queue *pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur=pq->head;
  while(cur)
  {
    QNode* next=cur->next;
    free(cur);
    cur=next;
  }
  pq->head=pq->tail=NULL;
}

上述代码的具体解释：首先排除pq指针为空情况，防止后续对其错误使用。创建一个临时指针变量保存数据的头节点。当该临时变量不为空时，进入while循环释放cur临时变量的空间，并且让cur指针后移，出while循环之后将phead和tail置为NULL即可。

3.入队列

void QueuePush(Queue* pq,QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* newnode=(QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if(newnode==NULL)
  {
    printf("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  newnode->data=x;
  newnode->next=NULL;
  if(pq->tail==NULL)
  {
    pq->head=pq->tail=newnode;
  }
  else
  {
    pq->tail->next=newnode;
    pq->tail=newnode;
  }
}

上述代码的具体解释：首先利用malloc函数申请空间节点，用于存储队列的新数据。当申请的节点为空时打印申请失败的错误信息。申请成功时，先插入对应的数据为随后的入队列做好准备。如果tail指针为空，说明队列是空的，此时只需要将新申请的节点赋值给头和尾节点即可。如果tail指针不为空，说明队列不为空，此时需要将新申请的节点接到尾节点的后面，最后更新尾节点位置即可。

4.出队列

void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head);
  if(pq->head->next==NULL)
  {
    free(pq->head)
    pq->head=pq->tail=NULL;
  }
  else
  {
    QNode* next=pq->head->next;
    free(pq->head);
    pq->head=next;
  }
}

上述代码的具体解释：当队列只有一个节点时，直接释放该节点，之后将其置为NULL。当队列不是一个节点时，先保存头节点的下一个节点，随后释放头节点，最后将保存的节点更新为新的头节点。

5.返回队列头的数据

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head);
  return pq->head->data;
}

上述代码的具体解释：首先排除pq指针为空的情况，再排除head指针为空的情况，防止队列为空，最后返回头指针的数据即可。

6.返回队列尾的数据

QDataType QueueBack(Queue *pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head);
  return pq->tail->data;
}

上述代码的具体解释：首先排除pq指针为空的情况，再排除head指针为空的情况，防止队列为空，最后返回尾指针的数据即可。

7.队列大小的获取

int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  int size=0;
  QNode* cur=pq->head;
  while(cur)
  {
    ++size;
    cur=cur->next;
  }
  return size;
}

上述代码的具体解释：首先排除pq指针为空的情况，随后创建一个变量用于存储队列的大小。随后创建一个结构体指针变量用于存储头节点。当cur临时指针变量不为NULL时进入循环，size变量在一次一次的循环中不断自增直到cur变量为空。最后返回size的值即可。

8.判断队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->head==NULL;
}

上述代码的具体解释：返回值为bool类型，先排除pq指针为空的情况，当表达式pq->head为空时，返回真。当表达式为假时，返回假。