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从 0 到 1 学 C 语言队列：链表底层实现（初始化 / 入队 / 出队 / 销毁），代码可直接复用！

news 2025/10/20 9:13:29

队列

1 概念和结构

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)
队列关键操作说明：

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

队列的底层结构选择：
队列的底层既可以用链表也可以用数组实现，但链表的结构实现更优，数组的结构出队列数组的整体元素要向前挪动一位，效率会非常低。

小提醒：如果对链表不熟悉的可以点击链表

2 队列Queue的实现

2.1 队列头文件`Queue.h`的初始设置

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
typedef int QDataType;
//队列结点结构
typedef struct QueueNode
{int val;struct QueueNode* next;
}QNode;
//队列结构
typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;

使用typedef重命名数据类型typedef int QDataType使代码具有可扩展性，如果数据类型变化的话直接修改这条typedef语句就行了。队列Queue的底层是用链表来进行实现，而链表是用一个个结点QNode实现。由于队列Queue对只对其前后末端位置操作，为了方便找到链表的最后一个元素而不用再从头结点遍历，我们使用一个ptail指针指向链表尾部。并用size记录链表的大小。

2.2 队列的初始化

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

pq->phead = pq->ptail = NULL头指针和尾指针都置为NULL，并将size也赋值为0。

2.3 入队列

在此之前先要说明判断队列非空的QueueEmpty函数

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}

如果队列中size=0即没有元素则队列为空。

入队列完整实现：

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc failed!");exit(1);}newnode->val = x;newnode->next = NULL;if (QueueEmpty(pq)){pq->ptail = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->phead = pq->ptail->next;}pq->size++;
}

第一部分：
用malloc函数创造结点，并将结点初始化

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc failed!");exit(1);}newnode->val = x;newnode->next = NULL;

第二部分：
由于队列的底层仍然是链表，所以插入要分为链表为空和链表非空两种情况（用QueueEmpty(pq)函数判断链表是否为空）

	if (QueueEmpty(pq)){pq->ptail = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->phead = pq->ptail->next;}

第三部分：
将队列的size++

pq->size++;

2.4 出队列

void QueuePop(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));QNode* temp = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;free(temp);if (pq->phead == NULL){pq->ptail = NULL;}pq->size--;
}

第一部分：
出队列首先要用QueueEmpty函数判断队列是否为空

assert(!QueueEmpty(pq));

第二部分：
将队列头原位置赋值给temp，再将头结点移动到下一个结点，并将temp指向空间释放。

QNode* temp = pq->phead;
pq->phead = pq->phead->next;
free(temp);

第三部分：
如果将最后一个元素出栈了即phead=NULL，则此时也应该改变tail为NULL，并最后将size--

if (pq->phead == NULL)
{pq->ptail = NULL;
}
pq->size--;

2.5 取队头元素

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->phead->val;
}

首先判断队列非空，将头节点phead指向的元素val返回就可以了

2.6 取队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->ptail->val;
}

首先判断队列非空，将尾节点ptail指向的元素val返回就可以了

2.7 队列有效数据元素个数

int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

size就是队列的有效元素个数

2.8 销毁队列

void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* pcur = NULL;while (pq->phead != NULL){pcur = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;free(pcur);}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

当指针pq->phead不为NULL时，一直向后遍历，pcur记录当前头节点phead的地址，而phead指向它的下一个位置，free(pcur)将先前头节点phead指向位置空间释放，最后pq->phead = pq->ptail = NULL将头结点phead和尾节点ptail都赋值为NULL，并将size置为0