在上一篇文章中,我们了解了栈这种数据结构,它的存储特点为先进后出。并且用数组实现了栈:
戳我康栈的详解哦
在本篇文章中,将介绍另一种线性结构:队列
队列是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。队列具有先进先出的特点FIFO(First In First Out)
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:
在实现栈时,由于它只需要能访问栈顶的元素,所以采用数组实现会比较高效。但是对于队列来说,需要从队头出元素,如果使用数组实现的话就会比较麻烦,所以采用单链表来实现队列:
我们可以将想要存储的数据类型重命名为STDataType,这样在想要改变类型时就会很方便:
typedef int QDataType;
与之前实现链表的思路相同,我们首先需要实现链表结点的结构:
//每一个结点
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* pNext;
QDataType data;
}QNode;
对于队列,我们可以与链表有所不同:
由于单链表在访问最后一个元素时,也需要遍历链表,会比较麻烦。所以我们可以再创建一个结构体类型:存放链表的头结点地址front与尾结点地址rear,另外也可以再存储一个变量size来表示链表的长度:
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* front;
QNode* rear;
int size;
}Queue;
在动态开辟一个Queue*型的变量后,就可以来实现各种接口来对队列的指针pq进行操作了:
Queue* pq = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
初始化队列时,由于还不需要存储数据,所以不需要为结点开辟空间。
只需要将pq中的头尾结点地址front与rear初始化为NULL,并且将size初始化为0即可:
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->front = NULL;
pq->rear = NULL;
pq->size = 0;
}
销毁队列时,与销毁单链表相同,需要销毁链表的每一个结点:
当依次销毁单链表的每一个节点时,我们需要两个指针变量cur与next。通过这两个指针变量,next可以在cur被销毁前记录cur->next的值,从而实现在销毁cur指向的空间后,可以通过next访问到下一个结点而继续进行销毁操作。
依次循环,当cur为NULL时终止,实现销毁每一个结点;
销毁结束后,再将front、rear、size的值全改为0;
最后,再将我们之前动态开辟的结构体空间pq释放即可:
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->front;
QNode* next = pq->front;
while (cur)
{
next = cur->pNext;
free(cur);
cur = next;
}
pq->front = NULL;
pq->rear = NULL;
pq->size = 0;
free(pq);
}
在检测队列是否为空时,只需要判断front是否为NULL即可:
当front为NULL时,即队列为空,返回真;
当front不为NULL时,队列不为空,返回假:
// 检测队列是否为空,如果为空返回非0,非空返回0
int QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->front == NULL;
}
队尾入队列时,与链表的尾插类似,但在我们将链表的尾结点地址rear记录下来后,单链表的尾插就会变得很容易:
在创建并初始化新结点后,我们只需要将pq->rear->pNext 改为 newnode,即连接尾结点与新结点;再将pq->rear 改为newnode,即使rear继续指向尾结点即可:
但是,当队列中没有元素时,尾插后需要将front的指针改为指向新结点,即此时新结点为首结点;
最后,size++:
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
assert(newnode);
newnode->data = data;
newnode->pNext = NULL;
if (QueueEmpty(pq))
{
pq->front = newnode;
pq->rear = newnode;
}
else
{
pq->rear->pNext = newnode;
pq->rear = newnode;
}
pq->size++;
}
在头删之前,首先要判断队列是否为空,若队列为空,就不能再继续删除了;
队头出队列时,与单链表的头删类似:
只需要将头结点的空间释放,然后front指针向后移动一个结点即可。但是由于释放front指向的空间后,就不能通过它来访问下一个结点了,所以我们可以先用cur存储队列中的第二个元素,释放结束后,再将front改为cur,使front继续指向头节点:
但是,当队列中只剩一个元素时,将它释放后rear指针将成为野指针,所以要将front与rear指针全部初始化为NULL;
最后,size–:
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq && QueueEmpty(pq) == 0);
QNode* cur = pq->front->pNext;
if (cur)//当队列中只有一个元素时,需要将头与尾改为NULL
{
free(pq->front);
pq->front = cur;
}
else
{
free(pq->front);
pq->front = NULL;
pq->rear = NULL;
}
pq->size--;
}
访问队头元素,只需要返回front指向结点的data成员即可:
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq && QueueEmpty(pq) == 0);
return pq->front->data;
}
访问队尾元素,只需要返回rear指向结点的data成员即可:
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq && QueueEmpty(pq) == 0);
return pq->rear->data;
}
到此,关于队列的介绍以及接口实现就就结束了
后面会有一些关于栈和队列的OJ题目详解,欢迎大家持续关注哦
如果大家认为我对某一部分没有介绍清楚或者某一部分出了问题,欢迎大家在评论区提出
如果本文对你有帮助,希望一键三连哦
希望与大家共同进步哦