队列（C/C++）

前言

本文介绍队列的基本知识，包括概念、初始化、销毁、入队、出队、求队首队尾值以及计算有效元素个数

正文

1概念与结构

概念：只允许在一端进行插入的数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表
队列具有先入先出
入队列：进行插入的一段称为队尾
出队列：进行删除操作的一段称为队头

那么队列的底层结构如何选选择？数组or链表

数组
入队，可以直接找到，时间复杂度为O（1）
出队，需要遍历，时间复杂度为O（N）
链表
出队，对头出队，O（1）
入队，需要找到尾指针，O（N）

这样看来似乎哪个都行没有区别，但是，对于链表而言，如果我们直接定义一个队尾的指针，时间复杂度岂不是O（1）.
代码如下：

//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;
}Queue;

2.常见操作基本实现

本文依旧是多文件形式

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;
}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;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

//入队——队尾
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

//出队——队头
void QueuePop(Queue* pq);

//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);

Queue.c

初始化与销毁

初始化：令phead和ptail为NULL
销毁：定义pcur指针，保存pcur->next,然后逐个销毁pcur。

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	//pz->size = 0;
}

//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;
	//pq->size = 0;
}

入队

定义一个新结点，插入队尾入队

//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;

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

判断队列是否为空

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL;
}

出队

只有一个结点phead和ptail置为空，
有多个结点，因为对头出队，所有先要保存头结点的下一个指针phead->next，释放头指针phead,让phead->next成为新的头指针

//出队——对头
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//只有一个结点，phead和ptail都置为空
	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;
	}
	//pq->size--;
}

取队头或队尾数据

注意：这里是拿出来用并不是销毁，该数据还在队列中
直接返回对应位置的data值即可

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

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

队列中的有效元素

见代码

//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//方法一：遍历列表——适用于不频繁调用队列有效数据个数的场景（空间复杂度较高O（N））
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	int size = 0;
	while (pcur)
	{
		size++;
		pcur = pcur->next;
	}
	return size;

	//方法二：遍历链表——适用于频繁调用队列有效数据个数的场景
	//return pq->size;
}

test.c

用于测试

#include"Queue.h"

void test()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePop(&q);
	int front = QueueFront(&q);
	int rear = QueueBack(&q);
	printf("front:%d\n", front);
	printf("rear:%d\n", rear);
	printf("size:%d", QueueSize(&q));
	QueueDestroy(&q);
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

结语

这篇介绍链表的基本实现，但如需要进一步来学习栈与队列，请关注下一篇栈与队列OJ，希望三连支持一下谢谢。