数据结构——队列

0. 前言

• 可能有部分小伙伴在使用电脑时，用鼠标点击应用程序的快捷方式时，怎么点击都没反应，正当你烦躁的时候，突然你先前点击的操作都被执行了。
• 还有就是，我们有时候网购，咨询人工客服，高峰期时页面会显示你前面还有多少人，请耐心等待。
• 其实这两个方面都应用了一种数据结构来实现这种功能，这就是队列。

1. 队列的概念和结构

1.1 概念

队列和栈相反，队列是一种先进先出(First In First Out,简称FIFO)的线性表，它只允许在表的一段进行插入，另一端进行删除。

• 入队：进行插入的一段叫队头。
• 出队：进行删除的一段叫队尾。

1.2 结构

队列因为要涉及到头删和尾插，那么使用链式结构效率会相对高一点。本篇文章的实现方式采用链式队列。

2. 接口声明

队列的只需要入队和出队操作，即头删和尾插，那么我们定义一个头指针(head)和一个尾指针(tail)。但是这里如果定义两个数据的话，我们传参的时候就会非常的麻烦，所以我们用结构封装起来。

tips:
为什么同样是链式结构，为什么单链表不设计尾指针呢？

• 因为单链表还要涉及到尾删和中间位置删除，这样就算定义了尾指针，我们还是需要遍历链表，找到删除位置前一个节点，所以没有太大的必要。
• 而这里只是需要进行尾插操作，那么我们定义一个尾指针会很舒服，尾插的时候不需要遍历链表。

#pragma once

#include
#include
#include
#include

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

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue*pq);

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

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

//出队
void QueuePop(Queue* pq);

//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);

//获取对头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//获取有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

3. 接口实现

3.1 初始化和销毁

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//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;
	pq->size = 0;
}

3.2 判空

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

3.3 入队和出队

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
	//尾插
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = data;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL)
	{
		assert(pq->tail == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//头删
	if (pq->head->next == NULL)//只剩最后一个节点
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* newhead = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = newhead;
	}
	pq->size--;
}

3.4 获取对头和队尾元素

//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

//获取对头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

3.5 获取有效元素个数

//获取有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

4. 接口测试

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma warning(disable:6031)
#include"Queue.h"

void TestQueue1()
{
	Queue q;
	//初始化测试
	QueueInit(&q);

	//入队测试
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	QueuePush(&q, 6);
	QueuePush(&q, 7);
	int size = QueueSize(&q);
	//获取队尾元素测试
	printf("%d\n", QueueBack(&q));
	while (size--)
	{
		//获取队头元素测试
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		//出队测试
		QueuePop(&q);
	}
	//销毁测试
	QueueDestroy(&q);
}

int main()
{
	TestQueue1();
	return 0;
}