【数据结构】队列的基本操作（C语言版）

前言

在学过 “栈” 这个数据结构之后，本篇博客将继续介绍另一个常见的数据结构 ——— “队列”。

前情回顾：

• 栈的基本操作 + OJ练习 （C语言版）

1. 队列

1.1 队列的概念及结构

队列：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) **。
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。

1.2 队列的实现

队列也可以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时要将数组每个元素都移动，时间复杂度为O(N) , 效率会比较低。

链表实现队列：
我们可以设计一个能记录头和尾的单链表，这样无论是“入队”还是“出队”时间复杂度都是O(1) , 效率会比数组队列高。

如图所示：在这里每一次的入队就相当于一次尾插，每一次的出队就相当于一次头删。

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2. 队列的具体实现

这里只要有实现单链表的基础，链表实现队列就不会困难。
这里代码就不再详细解读，和单链表实现几乎相同。

有疑惑的小伙伴可以去复习单链表相关的问题，参考博文如下 ：

• 单链表的实现 - 详解 （C语言版）

2.1 头文件：（Queue.h）

#include
#include
#include
#include
#include
#include

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

//记录头指针和尾指针
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//队列的销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

//出队
void QueuePop(Queue* pq);

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//队列中数据的个数
size_t QueueSize(Queue* pq);

//队头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//队尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);

---

2.2 函数实现：（Queue.c）

#include"Queue.h"

//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

//队列的销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("%s\n", strerror(errno));
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//尾插 - 用了尾指针就不用找尾了
	if (pq->tail == NULL)
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

	//头删 - 只有一种个结点的情况时tail会成野指针
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	
}

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}

//队列中数据的个数
size_t QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

//队头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

//队尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

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2.3 测试：（Test.c）

void QueueTest()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n\n");
}

int main()
{
	QueueTest();
	return 0;
}

因为遵循先进先出的规则，所以打印结果如下：

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总结

队列的实现很容易，更重要的是队列在题目中的运用，一篇将带来队列和栈有关的OJ题，敬请期待~