【初阶数据结构】队列
文章目录
目录
一、概念与结构
二、队列的实现
队列的定义
1.初始化
2.入队列
3.判断队列是否为空
4.出队列
5.取队头数据
6.取队尾数据
7.队列有效个数
8.销毁队列
三.完整源码
总结
一、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)
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
队列底层结构选型：
从逻辑上，队列是线性的；从物理上，队列的实现是可以用数组或链表来实现。已知队列是队尾入数据，队头出数据，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，时间复杂度为O(n);如果
使用链表的结构实现更优一些，时间复杂度为O(1) 因此使用链表来使用队列更优。
二、队列的实现
队列的定义
因为队列是链表来实现的，在这里实现队列的定义会所有不同。定义“队列的结构”之前要把“队列的结点结构”给定义出来，把结点一个个单独定义出来；再对“队列的结构”进行定义，对队头(phead)、队尾(ptail)两个指针进行结构定义以及定义队列中有效个数(size)
//底层结构用链表
typedef int QDataType;
//定义队列结点的结构:对每个结点单独定义
typedef struct QueueNode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QueueNode;
//定义队列结构:要对队头，队尾两个指针进行结构定义
typedef struct Queue {
QueueNode* phead;
QueueNode* ptail;
int size;
}Queue;1.初始化
代码解析：
先把头结点phead、尾结点ptail 都置为NULL，再把有效个数size设为0.
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
int size = 0;
}2.入队列
代码解析：
因为队列底层是链表，所以在把数据入队列之前；我们先申请新结点，再判断新结点是否为空；为空就是申请失败，不为空就是申请成功；如果是队列为空，队头和队尾就是新结点；队列不为空，就在队尾插入新结点，并更新队尾(新结点变成队尾)，有效个数 size 增加。
//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail\n");
exit(1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->phead == NULL)
{
pq->phead = pq->ptail = newnode;
}
else {
//pq->ptail newnode
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = pq->ptail->next;
}
pq->size++;
}3.判断队列是否为空
代码解析：
通过bool函数判断队列是否为空，如果为空就返回头结点为NULL。
//队列断定
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead == NULL;
}4.出队列
代码解析：
在实现出队列之前，存在两种情况，当队列只有一个结点和当队列有多个结点。先用断言来判断pq，bool函数来对队列进行判空；当队列只有一个结点时，直接头结点释放，并把头结点和尾结点置为NULL；当队列有多个结点时，先创建指针next对当前结点的下一个结点进行保存，避免出现野指针的情况(避免释放了队头指针而队尾指针变成野指针)，在对头结点进行释放，释放后让pq中的头指针重新指向保存的节点；最后对size--.
//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(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;
}
pq->size--;
}5.取队头数据
代码解析：
先断言判断pq和队列不为空，再直接返回头结点的数据
//取对头数据
QDataType QueueFornt(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->phead->data;
}6.取队尾数据
代码解析：
先断言判断pq和队列不为空，再直接返回尾结点的数据
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->ptail->data;
}7.队列有效个数
代码解析：
有两种方法来实现：
方法一：此方法在结构定义中未定义size，所以创建一个指针pcur 从头结点开始遍历，用while 循环，在pcur 不为NULL的情况，依次遍历队列，走到一个结点就对其记数，用size++，并让pcur往后走；最后返回有效元素个数size.但是方法一有不足之处，方法一的时间复杂度为O(n)，而队列底层结构是链表而时间复杂度O(1)，所以此方法了解即可。
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
//方法一：
int size = 0;
QueueNode* pcur = pq->phead;
while (pcur)
{
size++;
pcur = pcur->next;
}
return size;
}方法二：方法一在结构定义中没有定义size，而方法二在结构定义中定义了size。先断言pq和队列不为空，再直接返回有效个数size.
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
//方法二：
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->size;
}8.销毁队列
代码解析：
创建两个指针，一个指针pcur 从头遍历，一个指针next 对下一个结点起保存作用，释放pcur 并让pcur走到next的位置，一直循环下去直到pcur为空；最后把头结点和尾结点置为NULL，size=0.
//销毁队列
void QueueDestory(Queue* pq)
{
assert(pq);
QueueNode* pcur = pq->phead;
while (pcur)
{
QueueNode* next = pq->phead->next;
free(pcur);
pcur = next;
}
pq->phead = pq->ptail = NULL;
int size = 0;
}三.完整源码
Queue.h
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
//底层结构用链表
typedef int QDataType;
//定义队列结点的结构:对每个结点单独定义
typedef struct QueueNode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QueueNode;
//定义队列结构:要对队头，队尾两个指针进行结构定义
typedef struct Queue {
QueueNode* phead;
QueueNode* ptail;
int size;
}Queue;
//初始化:把队尾和队头都置为NULL，即队列为空
void QueueInit(Queue* pq);
//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队列断定
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
//出队列
void QueuePop(Queue* pq);
//取对头数据
QDataType QueueFornt(Queue* pq);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//销毁队列:创建两个指针，一个从头遍历，一个起对下一个结点的保存作用
void QueueDestory(Queue* pq);Queue.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
int size = 0;
}
//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail\n");
exit(1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->phead == NULL)
{
pq->phead = pq->ptail = newnode;
}
else {
//pq->ptail newnode
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = pq->ptail->next;
}
pq->size++;
}
//队列断定
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead == NULL;
}
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
//方法一：
//int size = 0;
//QueueNode* pcur = pq->phead;
//while (pcur)
//{
// size++;
// pcur = pcur->next;
//}
//return size;
//方法二：
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->size;
}
//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(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;
}
pq->size--;
}
//取对头数据
QDataType QueueFornt(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->phead->data;
}
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->ptail->data;
}
//销毁队列
void QueueDestory(Queue* pq)
{
assert(pq);
QueueNode* pcur = pq->phead;
while (pcur)
{
QueueNode* next = pq->phead->next;
free(pcur);
pcur = next;
}
pq->phead = pq->ptail = NULL;
int size = 0;
}Test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
void test()
{
Queue q;
QueueInit(&q);
QueuePush(&q, 1);
QueuePush(&q, 2);
QueuePush(&q, 3);
QueuePush(&q, 4);
//出队列
//while (QueueSize(&q))
//{
// printf("%d\n", QueueSize(&q));
// QueuePop(&q);
//}
printf("phead:%d\n", QueueFornt(&q));
printf("ptail:%d\n", QueueBack(&q));
QueueDestory(&q);
}
int main()
{
test();
return 0;
}总结
非常感谢大家阅读完这篇博客。希望这篇文章能够为您带来一些有价值的信息和启示。如果您发现有问题或者有建议，欢迎在评论区留言，我们一起交流学习。