数据结构-什么是队列？

简介

队列是计算机科学中一种重要的线性数据结构，它遵循先进先出（FIFO - First In First Out）的原则。队列的原理和现实生活中的排队现象是一样的，比如你在超市买了菜排队去结账，刚来的人只能在队尾排着，在队列中叫入队，结完账的人走出去，在队列中叫出队。

队列在计算机系统中有着广泛的应用，从操作系统的进程调度、磁盘I/O管理，到网络数据包传输、消息队列系统，再到算法中的广度优先搜索等，队列都扮演着不可或缺的角色。理解队列的原理和实现对于编写高效、可靠的程序至关重要。

一、队列的基本概念

队列是具有一定操作约束的线性表。具体的操作有以下：

插入和删除：只能在一端插入(队尾插入)，另一端删除(队头删除)。

数据插入：入队列

数据删除：出队列

先进先出：FIFO，先来先服务

二、队列的抽象类型

操作集：长度为MaxSize的队列Q Queue，队列元素item ElementType

1.Queue CreatQueue(int MaxSize) //生成长度为MaxSize的空队列

2.int IsFullQ(Queue Q,int MaxSize) //判断队列Q是否已满

3.void AddQ(Queue Q,ElementType item) //将数据元素item插入队列Q中

4.int IsEmptyQ(Queue Q) //判断队列Q是否为空

5.ElementType DeleteQ(Queue Q) //将队列数据元素从队列中删除并返回

三、什么是队列的顺序存储

队列的顺序存储结构通常由一个一维数组和一个记录队列头元素位置的变量front，及一个记录队列尾位置的变量rear组成。

这是一个顺序环状队列结构，如下图：

顺序环状队列的数据从尾部插入过程，如下图所示：

这里仅使用n-1个数组空间，便于判断队列状态是否空或满。

四、顺序循环队列实现

4.1 数据结构定义

复制代码

#define MaxSize  //存储元素的最大个数
struct Qnode
{
	ElementType Data[MaxSize];
	int rear;
	int front;
};
typedef struct Qnode *Queue;

4.2 入队列

复制代码

void AddQ(Queue Q,ElementType item)
{
	if((Q->rear+1)%MaxSize == Q->front)	//队列满
	{
		printf("队列满\r\n");
		return;
	}
	
	Q->rear = (Q->rear+1)%MaxSize;
	Queue->Data[Q->rear] = item;
}

4.3 出队列

复制代码

ElementType DeleteQ(Queue Q)
{
	if(Q->rear == Q->front)
	{
		printf("队列空\r\n");
		return;
	}
	
	Q->front = (Q->front+1)%MaxSize;
	return Q->Data[Q->front];
}

五、队列的链式存储实现

队列的链式存储结构也可以用一个单链表实现。插入和删除操作分别在链表的两头进行，队列指针front和rear应该分别指向链表哪一头呢？

4.1 定义

复制代码

struct Node
{
	ElementType Data;
	struct *Next;
};

struct QNode				//链队列结构
{
	struct Node *rear;		//指向队尾结点
	struct Node *front;		//指向对头节点
};
typedef struct QNode *Queue;
Queue PtrQ;

队列的链式存储结构，入下图所示：

4.2 不带头结点的链式队列出队操作示例

复制代码

ElementType DeleteQ(Queue PtrQ)
{
	struct Node *FrontCell;
	ElementType FrontElem;
	
	if(PtrQ->front == NULL)
	{
		printf("队列空");
		return ERROR;
	}
	
	FrontCell = PtrQ->front;
	if(PtrQ->front == PtrQ->rear)				//若队列只有一个元素
	{
		PtrQ->front = PtrQ->rear = NULL;		//删除后队列置位空
	}
	else
	{
		PtrQ->front = PtrQ->front->Next;
	}
	
	FrontElem = FrontCell->Data;
	free(FrontCell->Data);						//释放被删除的结点空间
	return FrontElem;
}

六、总结

数据队列的概念理解起来并不是很难，重要的时理解了基本概念之后，一定要去运用，只有实际应用了才能真正的懂。

队列的应用无非是初始化、数据插入、数据删除这几步操作，应用其实倒是蛮简单的。