【数据结构】C语言实现队列

目录

一.队列的创建

二.队列的初始化

三.入队

四.判空

五.出队

六.求队列的长度

七.取队头元素

八.取队尾元素

九.销毁

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一.队列的创建

相比于顺序表使用链表结构更易于理解队列和书写代码。我们知道，单链表头插头删的时间复杂度都是O（1），尾插和尾删的时间复杂度是O（N），有什么方法能够降低尾插和尾删的时间复杂度吗？想到链表有一个指针phead指向第一个节点，类比下，同样可以设置一个指针patil指向尾节点，这样对于尾部的操作的时间复杂度就将为O（1）。

所以，队列的结构就是一个头节点phead，一个尾节点ptail。但是队列毕竟是由链表组成，所以队列节点的结构也就是链表的结构。

队列的特点是：先进先出，后进后出。队尾入数据，队头出数据。所以我们将链表的头作为队头，链表的尾作为队尾。

代码如下：

typedef int QDataType;
//队列结点的结构
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;
//队列的结构
typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;
	QueueNode* ptail;
	//int size; //队列中有效数据个数
}Queue;

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二.队列的初始化

在链表部分对链表的初始化是将头指针置为NULL，data置为0，而到了队列这里,多一个ptail变量，与phead的处理相同，置为NULL。

不过，要对传过来的形参断言，没有地址的队列就是没有创建，没创建就无法初始化。

代码如下：

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

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三.入队

入队的思路与单链表尾插异曲同工，插入前先开辟新节点，判断队列是否为空，即头尾指针是否相等，为空则将新结点"头插"进队列，不为空"尾插"进队列即可。

同样要进行断言操作。

代码如下：

//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;
	//队列为空
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else {
		//队列非空
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
}

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四.判空

判空对于出队和取队头，队尾操作而言很重要，如果队列为空就无法出队。如果phead为空返回true，否则返回false。

同样进行断言操作。

代码如下：

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

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五.出队

判断队列是否为空队列，如果是,抛出异常终止程序，如果不是，使用一个指针记录下当前队头的下一个结点的位置，释放当前队头结点,然后更新队头指针。

与单链表的尾删操作相同，同样需要判断队列中是否仅剩一个结点，如果只剩一个结点,释放该结点,然后将head和tail置为空。

代码如下：

//出队------队头
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//只有一个节点，phead和ptail都套置为空
	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;
	}
}

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六.求队列的长度

求队列长度的思路是：创建一个新指针来储存头节点的位置，遍历队列，直至pcur为空，每次循环size++，最后返回size即可。

代码如下：

//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//遍历链表------适用于不会频繁调用队列有效数据个数的场景
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	int size = 0;
	while (pcur)
	{
		size++;
		pcur = pcur->next;
	}
	return size;

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七.取队头元素

取队头元素思路:判断队列是否为空，不为空返回队头指针指向的头节点的数据域即可。

代码如下：

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

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八.取队尾元素

取队尾元素思路:判断队列是否为空，不为空返回队尾指针指向的尾节点的数据域即可。

代码如下：

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

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九.销毁

销毁思路**:** 从头遍历队列的元素,逐一释放链队列中的结点。释放完将队头指针和队尾指针置为NULL。

代码如下：

//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;
}

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希望对大家有帮助！共勉！