【数据结构】队列的顺序存储与链式存储（C语言版）

一、队列的顺序存储(初始化、判断队空、入队、出队、获取队头元素、获取当前队列的元素个数)

#include <stdio.h>
using namespace std;/*
循环队列： 
队空：Q.front == Q.rear
队满：(Q.rear + 1) % MaxSize == Q.front 
队伍长度：(Q.rear + MaxSize - Q.front) % MaxSize 
队头指针+1：(Q.front+1) % MaxSize
队尾指针+1：(Q.rear+1) % MaxSize
*/#define MaxSize 50
typedef struct{int data[MaxSize]; // 队列int front, rear; // 队头指针、队尾指针 
}SqQueue;//InitQueue(&Q):初始化队列，构造一个空队列Q。
void InitQueue(SqQueue &Q){Q.front = Q.rear = 0;
}//QueueEmpty(Q):判队列空，若队列为空返回true，否则返回false。
bool QueueEmpty(SqQueue Q){if(Q.front == Q.rear) return true;return false;
}//EnQueue (&Q,x):入队，若队列Q未满，将x加入，使之成为新的队尾。
bool EnQueue(SqQueue &Q, int x) {if((Q.rear + 1) % MaxSize == Q.front) return false;Q.data[Q.rear] = x;Q.rear = (Q.rear + 1) % MaxSize;return true;
}//DeQueue(&Q,&x):出队，若队列Q非空，删除队首元素，并用x返回。
bool DeQueue(SqQueue &Q, int &x){if(Q.front == Q.rear) return false;x = Q.data[Q.front];Q.front = (Q.front + 1) % MaxSize;return true;
}//GetHead (Q,&x):读队首元素，若队列Q非空，则将队首元素赋值给x。
bool GetHead(SqQueue Q, int &x) {if(Q.front == Q.rear) return false;x = Q.data[Q.front];return true;
}// GetLength(Q,&l): 获取队列长度
int GetLength(SqQueue Q){return (Q.rear + MaxSize - Q.front) % MaxSize;
}int main() {bool flag = true;SqQueue Q;InitQueue(Q);while(flag) {printf("\n===============================\n");printf("1.入队\n");printf("2.出队\n");printf("3.判队列空\n");printf("4.读队首元素\n");printf("5.获取队列长度\n");printf("6.结束\n");printf("===============================\n");printf("选择：");int choose;scanf("%d", &choose);switch(choose){case 1:printf("输入新入队的数：");int num;scanf("%d", &num);if(EnQueue(Q, num)) printf("%d入队成功！\n", num);else printf("入队失败！\n");break; case 2:int deNum;if(DeQueue(Q, deNum)) printf("此时出队的曾队头元素是:%d\n", deNum);else printf("出队失败！\n");break;case 3:if(QueueEmpty(Q)) printf("此时队列为空！\n");else printf("此时队列仍然不为空！\n");break;case 4:int geNum;if(GetHead(Q, geNum)) printf("此时的队首元素为%d\n", geNum);else printf("获取失败！\n");break;case 5:printf("此时的队列长度为: %d\n", GetLength(Q));break;case 6:flag = false;} } }

二、带头结点队列的链式存储(初始化、判断队空、入队、出队、获取队头元素、获取当前队列的元素个数)

#include <stdio.h>
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;typedef struct LinkNode{ // 队列结点int data; // 数据struct LinkNode *next; // 指针 
}LinkNode;typedef struct{LinkNode *front, *rear; // 头指针、尾指针 
}LinkQueue;//InitQueue(&Q): 初始化队列，构造一个空队列Q。
void InitQueue(LinkQueue &Q){// front 和 rear 都指向这个头结点，注意：头结点不存储有效数据（仅作为哨兵节点） Q.front = Q.rear = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode)); // malloc() 返回的是内存地址（指针），不是结构体实例本身,所以是(LinkNode*) Q.front->next = NULL;
}//QueueEmpty(Q): 判队列空，若队列Q为空返回true，否则返回false。
bool QueueEmpty(LinkQueue Q){if(Q.front == Q.rear) return true;return false;
}//EnQueue (&Q,x): 入队，将x加入，使之成为新的队尾。
bool EnQueue(LinkQueue &Q, int x){LinkNode *s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode)); // 新结点s->data = x;s->next = NULL;Q.rear->next = s;Q.rear = s;return true;
} //DeQueue(&Q, &x): 出队，若队列Q非空，删除队首元素，并用x返回。
bool DeQueue(LinkQueue &Q, int &x){if(Q.front == Q.rear) return false;LinkNode *p = Q.front->next; // 临时存储队头结点（头结点的下一位） x = p->data;Q.front->next = p->next;if(Q.rear == p) {Q.front = Q.rear;} free(p); return true;
}//GetHead (Q,&x):读队首元素，若队列Q非空，则将队首元素赋值给x。
bool GetHead(LinkQueue Q, int &x){if(Q.front == Q.rear) return false;x = Q.front->next->data; // 指针访问成员必须用 ->，不能用 . return true;
}// 获取当前队列的元素个数 
int GetLength(LinkQueue Q){int length = 0;LinkNode *p = Q.front->next;while(p != NULL){length++;p = p->next;}return length;
} int main() {LinkQueue Q;InitQueue(Q); // 初始化队列bool flag = true;while(flag) {printf("\n===============================\n");printf("1.入队\n");printf("2.出队\n");printf("3.判队列空\n");printf("4.读队首元素\n");printf("5.获取队列当前元素个数\n");printf("6.结束\n");printf("===============================\n");printf("选择：");int choose;scanf("%d", &choose);switch(choose){case 1:int x1; printf("输入要入队的值:");scanf("%d", &x1);if(EnQueue(Q, x1)) printf("%d成功入队！\n", x1);else printf("入队失败！\n");break;case 2:int x2;if(DeQueue(Q, x2)) printf("%d成功出队！\n", x2);else printf("出队失败！\n");break;case 3:if(QueueEmpty(Q)) printf("队列为空！\n");else printf("此时队列仍不为空！\n");break;case 4:int x3;if(GetHead(Q, x3)) printf("此时队头元素是:%d\n", x3);else printf("获取失败！\n");break;case 5:int len;len = GetLength(Q);printf("队列的当前元素个数是:%d\n", len);break; case 6:flag = false;break;default:printf("非法输入！\n");break;} } 
} 

三、链式存储的问题答疑

1. 为什么 s 必须是指针类型？

LinkNode *s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode)); // 正确
// LinkNode s = (LinkNode)malloc(sizeof(LinkNode)); // 错误

• 内存分配原理：malloc() 返回的是内存地址（指针），不是结构体实例本身
• 动态内存管理：
  • 队列需要动态创建/销毁节点
  • 指针允许我们操作堆(heap)内存中的对象
  • 结构体变量是栈(stack)对象，函数结束时会自动销毁
• 类型匹配：
  • malloc 返回 void* 需要强制转换为 LinkNode*
  • 不能将指针赋值给结构体变量（类型不匹配）

2. -> 和 . 的区别

操作符	适用对象	示例	等效写法
.	结构体实例	node.data	直接访问成员
->	结构体指针	ptr->data	(*ptr).data

错误分析：

x = Q.front->next->data;  // 正确（两级指针访问）
x = Q.front->next.data;   // 错误

• Q.front 是指针 → 必须用 ->
• Q.front->next 返回的是指针（LinkNode*），不是结构体实例
• 指针访问成员必须用 ->，不能用 .

3. 获取队列元素个数

实现方案：

int QueueLength(LinkQueue Q) {int count = 0;LinkNode *p = Q.front->next;  // 跳过头结点while(p != NULL) {count++;p = p->next;}return count;
}

优化建议（推荐）：

typedef struct {LinkNode *front, *rear;int length;  // 新增长度计数器
} LinkQueue;// 初始化时设置 length=0
void InitQueue(LinkQueue &Q) {Q.front = Q.rear = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));Q.front->next = NULL;Q.length = 0;  // 初始化长度
}// 入队操作增加
bool EnQueue(LinkQueue &Q, int x) {// ...原有代码...Q.length++;  // 增加长度计数return true;
}// 出队操作减少
bool DeQueue(LinkQueue &Q, int &x) {// ...原有代码...Q.length--;  // 减少长度计数return true;
}

4. 初始化函数解析

Q.front = Q.rear = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));

• 创建头结点：在堆内存分配一个 LinkNode 结构体
• 指针赋值：
  • front 和 rear 都指向这个头结点
  • 头结点不存储有效数据（仅作为哨兵节点）
• 队列状态：
  • front->next = NULL → 空队列标志
  • front == rear → 队列为空