C语言实现队列

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前言

前一段时间，我们试着用C语言实现了数据结构中的顺序表，单链表，双向循环链表，栈。今天我们再用C语言来实现另一种特殊的线性结构：队列

一. 什么是队列

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（head）进行删除操作，而在表的后端（tail）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

这个队列就可以理解成我们平时的排队，先进入的先出去，与我们之前实现的先进后出的栈相反。

二. 使用什么来实现栈

再把上次的图拿出来，我们看看是用线性表来实现队列，还是链表比较好❓

不同点	顺序表	链表
存储空间上	物理上一定连续	逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问	可以直接访问任何元素	必须从头节点开始往后寻找
任意位置插入或删除元素	要搬移其他的元素，效率低。	只需要修改节点的指针指向，效率高
插入	动态顺序表，当空间不够时需要扩容	无容量概念，需要就申请，不用就释放
应用场景	元素高效存储，并且需要频繁访问	需要在任意位置插入或者删除频繁

综合上表来看，我觉得链表较为方便，原因如下：

1. 队列有多少元素不确定，链表可以做到需要就申请，不用就释放，较为方便
2. 队列是先进先出，顺序固定，不需要随机访问。

三. 队列的实现

3.1头文件

1. 包含的标准库

   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   

2. 定义结构体

   typedef int QDateType;//队列存储数据类型
   
   typedef struct QueueNode //队列元素节点
   {
   	QDateType val;
   	struct QueueNode* next;
   }QueueNode;
   
   typedef	struct Queue //队列
   {
   	QueueNode* head;
   	QueueNode* tail;
   }Queue;
   

3. 函数声明

   void QueueInti(Queue* pq);
   // 队列初始化
   void QueueDestory(Queue* pq);
   // 队列的销毁
   void QueuePush(Queue* pq, QDateType x);
   // 入队
   void QueuePop(Queue* pq);
   // 出队
   QDateType QueueFront(Queue* pq);
   // 取出队首元素
   int QueueSize(Queue* pq);
   // 求队列的长度
   bool QueueEmpty(Queue* pq);
   // 判断队是否为空
   

3.2 函数的实现

1.队列的初始化

将头尾置为空指针即可。

void QueueInti(Queue* pq)
{
	assert(pq); //防止pq为空指针
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

2.队列的销毁

遍历队列元素，然后将每一个元素释放。

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq); //防止pq为空指针
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->tail = pq->head = NULL;
}

3.入队

对于入队，我们首先需要去开辟一个新的节点来存储数据，然后将这个节点加入到tail后即可。此时我们就要分别考虑。

1. 如果为空队列，那么我们不仅要改变tail，还要改变head的值
2. 如果不为空队列，只用改变tail即可。

void QueuePush(Queue* pq, QDateType x)
{
	assert(pq); //防止pq为空指针

	QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (NULL == newNode)
	{
		printf("malloc error\n");
		exit(-1);
	}
	newNode->val = x;
	newNode->next = NULL;//开辟一个新节点存储数据

	if (pq->tail == NULL)//判断是否为空队列
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newNode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newNode;
		pq->tail = newNode;
	}
}

4.出队

对于出队，我们同样需要考虑两种情况

1. 队列为空，改变head的同时改变tail
2. 队列不为空，改变head即可。

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);//防止pq为空指针
	assert(pq->head && pq->tail); //防止队列为空队列
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QueueNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

5. 取出队首元素

没啥说的，直接访问头节点取出即可

QDateType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);//防止pq为空指针
	assert(pq->head && pq->tail); //防止队列为空队列

	return pq->head->val;
}

6.判断是否为空队列

我们只需要判断头指针是否为NULL，如果是则为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

7. 求队伍长度

创建一个变量，遍历队伍求长度。

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	int count = 0;
	while (cur)
	{
		cur = cur->next;
		count++;
	}
	return count;
}

完整代码

#include 
#include 
#include 
#include 

typedef int QDateType;

typedef struct QueueNode
{
	QDateType val;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef	struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;

void QueueInti(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->tail = pq->head = NULL;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDateType x)
{
	assert(pq);

	QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (NULL == newNode)
	{
		printf("malloc error\n");
		exit(-1);
	}
	newNode->val = x;
	newNode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newNode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newNode;
		pq->tail = newNode;
	}

}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QueueNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

QDateType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->val;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	int count = 0;
	while (cur)
	{
		cur = cur->next;
		count++;
	}
	return count;
}

结语

欢迎各位参考与指导！！！博主最近在冲击C/C++领域新人，拜托大家帮忙点赞收藏一下❤️