【数据结构】队列
目录
- 一、队列
- 1、概念与结构
- 2、队列的实现
- 3、队列的初始化
- 4、打印队列数据
- 5、入队
- 6、销毁队列
- 7、队列判空
- 8、出队
- 9、取队头、队尾数据
- 10、队列中有效元素个数
- 二、源码
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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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