数据结构——队列(C语言)

GitHub代码下载

https://github.com/Kyrie-leon/Data_Structures/tree/main/stack_queue
在掌握栈（数据结构——栈(C语言)）的实现过程后，队列的实现就会变的非常简单了

一、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==

二、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，效率会比较低。

2.1 队列的链式结构存储

typedef int QDataType;

//队列的链表
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* _next;
	QDataType _data;
}QNode;

//队列的结构
typedef struct Queue
{
	QNode *_front;	//队头
	QNode *_rear;	//队尾
}Queue;

2.2 初始化队列

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->_front = pq->_rear = NULL;	//队头队尾置空即可

}

2.3 队尾入队列

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
	assert(pq);
	QNode * newNode = (QNode *)malloc(sizeof(QNode));	//向内存申请一个结点
	//判断是否申请成功
	if (NULL == newNode)
	{
		printf("申请失败!\n");
		exit(-1);
	}
	//将新节点入到队尾
	newNode->_data = data;	//数据data赋值给新节点	
	newNode->_next = NULL;	//新节点会作为队尾节点，因此对新节点_next置空
	
	if (pq->_front)
	{
		pq->_rear->_next = newNode;		//队列不为空，队尾结点先链接新结点
		pq->_rear = newNode;	//再将队尾指向新节点	
	}
	else
	{
		pq->_front = pq->_rear = newNode;	//如果队列为空，则队头队尾都指向新节点
	}
}

2.4 队头出队列

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->_front);	//出队列判断队列是否为空
	QNode* next = pq->_front->_next;	//next保存新队头结点
	free(pq->_front);
	pq->_front = next;
	//出队列后需要判断队列是否为空
	if (NULL == pq->_front)
	{
		pq->_rear = NULL;	//如果为空，则队尾也为空
	}
}

2.5 获取队列头部元素

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->_front);
	return pq->_front->_data;
}

2.6 获取队列队尾元素

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->_rear);
	return pq->_rear->_data;
}

2.7 获取队列中有效元素个数

O(n)

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	int size = 0;
	QNode* cur = pq->_front;
	//遍历一遍链表
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->_next;
	}
	return size;
}

2.8 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0

// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->_front == NULL ? 1 : 0;
}

2.9 销毁队列

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//从头节点开始遍历每一个节点并free
	QNode* cur = pq->_front;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->_next;	//cur指向下一个节点
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->_front = pq->_rear = NULL;
}

三、队列的接口测试

#include "Queue.h"

void TestQueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	while (!(QueueEmpty(&q)))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	QueueDestroy(&q);
}

int main()
{
	//TestStack();
	TestQueue();
	system("pause");
	return 0;
}

四、代码清单

4.1 Queue.h

#pragma once
#include
#include
#include
#include

typedef int QDataType;

//队列的链表
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* _next;
	QDataType _data;
}QNode;

//队列的结构
typedef struct Queue
{
	QNode *_front;	//队头
	QNode *_rear;	//队尾
}Queue;

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* pq);
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* pq);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* pq);
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* pq);
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq);
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* pq);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* pq);

4.2 Queue.c

#include "Queue.h"

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->_front = pq->_rear = NULL;	//队头队尾置空即可

}
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
	assert(pq);
	QNode * newNode = (QNode *)malloc(sizeof(QNode));	//向内存申请一个结点
	//判断是否申请成功
	if (NULL == newNode)
	{
		printf("申请失败!\n");
		exit(-1);
	}
	//将新节点入到队尾
	newNode->_data = data;	//数据data赋值给新节点	
	newNode->_next = NULL;	//新节点会作为队尾节点，因此对新节点_next置空
	
	if (pq->_front)
	{
		pq->_rear->_next = newNode;		//队列不为空，队尾结点先链接新结点
		pq->_rear = newNode;	//再将队尾指向新节点	
	}
	else
	{
		pq->_front = pq->_rear = newNode;	//如果队列为空，则队头队尾都指向新节点
	}
}

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->_front);	//出队列判断队列是否为空
	QNode* next = pq->_front->_next;	//next保存新队头结点
	free(pq->_front);
	pq->_front = next;
	//出队列后需要判断队列是否为空
	if (NULL == pq->_front)
	{
		pq->_rear = NULL;	//如果为空，则队尾也为空
	}
}
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->_front);
	return pq->_front->_data;
}

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->_rear);
	return pq->_rear->_data;
}

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	int size = 0;
	QNode* cur = pq->_front;
	//遍历一遍链表
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->_next;
	}
	return size;
}
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->_front == NULL ? 1 : 0;
}
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//从头节点开始遍历每一个节点并free
	QNode* cur = pq->_front;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->_next;	//cur指向下一个节点
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->_front = pq->_rear = NULL;
}

4.3 test.c

#include "stack.h"
#include "Queue.h"

void TestStack()
{
	Stack ps;
	StackInit(&ps);
	StackPush(&ps, 1);
	StackPush(&ps, 2);
	StackPush(&ps, 3);
	StackPush(&ps, 4);
	StackPush(&ps, 5);
	while (!StackEmpty(&ps))
	{

		printf("%d, %d\n", StackTop(&ps),StackSize(&ps));
		StackPop(&ps);
	}

	
}

void TestQueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	while (!(QueueEmpty(&q)))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	QueueDestroy(&q);
}

int main()
{
	//TestStack();
	TestQueue();
	system("pause");
	return 0;
}