数据结构_第七关：栈和队列（队列）

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，效率会比较低。

1）声明

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include 
#include 
#include 
#include 


typedef int QDataType;

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

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

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);

// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

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

// 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);

// 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);

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

2）实现

初始化队列

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

销毁队列

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;

		free(del);
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

队尾入队列

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

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

这里，在在tail和head为NULL的插入，因为要改变结构体，一般需要用到双指针
但是也可以有其他办法，比如返回值，这里在说明第三种方法，就是用结构体

因为我们上面给head指针和tail真正封装到了结构体里面，所以这里可以直接改变

队头出队列

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;

		free(del);
	}
	pq->size--;
}

获取队列头部元素

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

获取队列队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

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

获取队列中有效元素个数

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

上面的方式是在Queue结构体中定义了size变量，如果没有size变量的话就如下面的样子

这种遍历的方法去记录size的时间复杂度比较大，为O(n)，

 

2.源代码（VS2022下编写）

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include 
#include 
#include 
#include 



//声明：

typedef int QDataType;

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

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

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);

// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

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

// 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);

// 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);

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);



//定义

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;

		free(del);
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;

		free(del);
	}
	pq->size--;
}

// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

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

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

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



//测试：

void text1()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);

	printf("入队列：1，2，6，9，8\n");
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 6);
	QueuePush(&q, 9);
	QueuePush(&q, 8);

	printf("队头：%d \n", QueueFront(&q));
	printf("队尾：%d \n", QueueBack(&q));

	printf("出队列两次\n");
	QueuePop(&q);
	QueuePop(&q);

	printf("队头：%d \n", QueueFront(&q));
	printf("队尾：%d \n", QueueBack(&q));

	printf("\n队列大小：%d\n", QueueSize(&q));
	printf("\n队列是否为空：%d\n", QueueEmpty(&q));
	printf("\n返回队头结点：%d\n", QueueFront(&q));
	printf("\n返回队尾结点：%d\n", QueueBack(&q));

	printf("\n打印队列：\n");
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");

	QueueDestroy(&q);
}
int main()
{
	text1();
	return 0;
}