【数据结构】队列

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一、队列

1、概念与结构

概念：只允许在⼀端进行插入数据操作，在另⼀端进⾏删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out)的性质。

入队列：进行插入操作的⼀端称为队尾。
出队列：进行删除操作的⼀端称为队头。

队列底层结构选择：队列可以用数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优⼀些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。所以我们将用链表实现队列这一数据结构。

2、队列的实现

我们要用链表实现队列，首先就要考虑先进先出这种模式下，链表该如何实现？
我们可以定义一个生成队列结点的结构体，生成一个结点看守队头，再生成一个结点看守队尾，这样我们访问队头和队尾的时候都会比较简单且节省时间，然后将这两个结点包装在一个队列结构体里面。

typedef int QDataType;
//队列结点的结构
typedef struct QueueNode
{QDataType data;struct QueueNode* next;
}QN;
//队列的结构
typedef struct Queue
{QN* head;QN* tail;
}Queue;

3、队列的初始化

队列的初始化的时候，我们只需要将队列中的两个结点head和tail置为空即可。

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

4、打印队列数据

//队列打印
void QueuePrint(Queue* pq)
{assert(pq);QN* pcur = pq->head;while (pcur){printf("%d -> ", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}

5、入队

队列入队的时候是从队尾入的。在入队之前，我们要定义一个新节点newNode储存新数据，再执行入队操作。

//入队---队尾
void QueuePush(Queue* pq,QDataType x)
{//定义新节点QN* newNode = (QN*)malloc(sizeof(QN));if (newNode == NULL){perror("malloc fail!");return 1;}newNode->data = x;newNode->next = NULL;//入队if (pq->tail == NULL){pq->head = pq->tail = newNode;}else{pq->tail->next = newNode;pq->tail = newNode;}
}

测试代码：

#include "Queue.h"void test()
{Queue plist;QueueInit(&plist);QueuePush(&plist, 1);QueuePush(&plist, 2);QueuePush(&plist, 3);QueuePrint(&plist);
}int main()
{test();return 0;
}

测试结果：

6、销毁队列

我们在单链表博客中实现销毁链表的时候，是一个节点一个节点进行销毁的，所以我们在队列的销毁过程也一样，另外在销毁队列的时候，我们要保存要销毁节点的下一个节点，以免找不到下一个节点。

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QN* pcur = pq->head;//指向队列的队头while (pcur){QN* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;
}

注意：这里不用把pq也释放掉，因为pq是队列的结构体，它不是动态内存开辟出来的，只有节点才是动态内存开辟出来的，它们才需要释放。

销毁测试结果：

从右面可以看出所有的节点都被置为了空，队列已经完全被销毁了。

7、队列判空

我们接下来就要实现出队操作，在出队操作之前我们还需要判断队列是不是空，如果为空就不能进行出队列操作。

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

这里要用到bool类型，所以要包含头文件#include <stdbool.h>

8、出队

出队时我们要把第一个节点销毁掉。

//出队---队头
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));//队头和队尾相等，即只有一个节点if (pq->head == pq->tail){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QN* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}
}

9、取队头、队尾数据

取队头数据：

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

取队尾数据：

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

10、队列中有效元素个数

//队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);//方法一：遍历队列（适用于不频繁使用数据个数的情况）QN* pcur = pq->head;int size = 0;while (pcur){size++;pcur = pcur->next;}return size;//方法二：在队列的结构体中添加变量size// 并在初始化时初始化为0，每当添加节点时就让它计数//（适用于频繁使用数据个数的情况）//return pq -> size;
}

测试代码：

#include "Queue.h"void test()
{Queue plist;QueueInit(&plist);QueuePush(&plist, 1);QueuePush(&plist, 2);QueuePush(&plist, 3);QueuePrint(&plist);printf("%d",QueueSize(&plist));QueueDestroy(&plist);
}int main()
{test();return 0;
}

测试结果：

二、源码

Queue.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>typedef int QDataType;
//队列结点的结构
typedef struct QueueNode
{QDataType data;struct QueueNode* next;
}QN;
//队列的结构
typedef struct Queue
{QN* head;QN* tail;
}Queue;
//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//队列打印
void QueuePrint(Queue* pq);
//入队---队尾
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//出队---队头
void QueuePop(Queue* pq);
//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

Queue.c

#include "Queue.h"//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = NULL;pq->tail = NULL;
}
//队列打印
void QueuePrint(Queue* pq)
{assert(pq);QN* pcur = pq->head;while (pcur){printf("%d -> ", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}
//入队---队尾
void QueuePush(Queue* pq,QDataType x)
{//定义新节点QN* newNode = (QN*)malloc(sizeof(QN));if (newNode == NULL){perror("malloc fail!");return 1;}newNode->data = x;newNode->next = NULL;//入队if (pq->tail == NULL){pq->head = pq->tail = newNode;}else{pq->tail->next = newNode;pq->tail = newNode;}
}
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QN* pcur = pq->head;//指向队列的队头while (pcur){QN* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;
}
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}
//出队---队头
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));//队头和队尾相等，即只有一个节点if (pq->head == pq->tail){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QN* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}
}
//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->head->data;
}
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->tail->data;
}
//队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);//方法一：遍历队列（适用于不频繁使用数据个数的情况）QN* pcur = pq->head;int size = 0;while (pcur){size++;pcur = pcur->next;}return size;//方法二：在队列的结构体中添加变量size// 并在初始化时初始化为0，每当添加节点时就让它计数//（适用于频繁使用数据个数的情况）//return pq -> size;
}

test.c

#include "Queue.h"void test()
{Queue plist;QueueInit(&plist);QueuePush(&plist, 1);QueuePush(&plist, 2);QueuePush(&plist, 3);QueuePrint(&plist);printf("%d",QueueSize(&plist));QueueDestroy(&plist);
}int main()
{test();return 0;
}

总结：
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