队列的基本实现

一、队列的概念

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， 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。

● 队列可以使用数组实现也可以使用链表的结构实现，在这里使用链表的结构会更优一点，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会更低。

二、队列的基本实现

1.前期准备

上面了解了队列的基本概念后，我们开始讲解队列的基本实现了，首先我们准备三个文件：
1.Queue.h ：用来对头文件的包含，函数的声明和结构体的创建
2.Queue.c ：用来对函数的定义
3. test.c ：用来实现函数，整体的逻辑

在Stack.h文件中，定义一个队列的的结构：

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	QDataType data; //存放数据
	struct QueueNode* next; //指向结构体的下一个
	//size_t size;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	QueueNode* head; //队列的队头
	QueueNode* tail; //队列的队尾
}Queue;

2.队列的初始化

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

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

3.队列的销毁

把队头的位置先给给cur， 然后让队头的下一个位置保存下来，接着把cur释放掉，再让cur指向next，此动作一直循环，直到cur指向空的位置则结束；

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

4.入队

队列是从队尾入数据，队头出数据的，入队考虑两种情况：一种是队列为空的情况，一种是队列不为空的情况，如果队列为空，则我们把数据放到对头位置也就是队尾，因为当队列为空时，队头和队尾指向同一个位置；当队列不为空时，把结点链接到队尾的下一个位置，然后让原尾结点指向新节点成为新队尾。

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	//开辟新结点
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

5.出队

因为队列是先进先出，所以我们出数据是从队头开始出的，我们出数据时要考虑到队列里面的数据是否为空，所以我们在出数据前要判断一下队列是否为空，然后把队头的下一个位置保存下来，让队头指向刚刚我们记录下来的位置，这样就完成出数据的动作了；但是如果队里面的数据被我们出队出空了，就意味着对头和队尾指向不再指向那块空间了，所以我们要让队尾也指向空（队列出空了，队头就是NULL），这样程序才算是合格的。

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//if (pq->head == NULL)
	//{
	//	return;
	//}
	assert(!QueueEmpty(pq));
	QueueNode* next = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = next;
	//如果队列删完后,tail不做处理的话，tail是一个野指针
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = NULL;
	}
}

6.取队头的数据

队列不为空的清空下，直接返回队头的数据

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

7.取队尾的数据

队列不为空的清空下，直接返回队尾的数据

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

8.队列数据的个数

定义一个变量n，用了记录队列数据的个数，把队头给给cur，n每次+1后，cur都指向cur的下一个，直到cur为空，循环就结束，最后的n就是队列数据的个数。

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	int n = 0; //记录队列数据的个数
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}
	return n;
}

9.判断队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

10.队列出队顺序

首先要判断队列是否为空，队列不为空的情况下，打印队头的数据，然后释放掉队头的数据，直到队列为空。

void QueueAllPop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//先进先出
	printf("出队顺序是：");
	while (!QueueEmpty(pq))
	{
		QDataType front = QueueFront(pq);
		printf("%d ", front);
		QueuePop(pq);
	}
	printf("\n");
}

11.功能展示

12.代码展示

Queue.h文件

#include
#include
#include
#include

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
	//size_t size;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;


void QueueInit(Queue* pq);

void QueueDestroy(Queue* pq);

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

void QueuePop(Queue* pq);

//取队列的头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//取队列的尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);

//队列数据个数
int QueueSize(Queue* pq);
//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//队列的出栈顺序
void QueueAllPop(Queue* pq);

Queue.c文件

#include"Queue.h"

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

	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
}
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

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

	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

//队尾入，队头出
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//if (pq->head == NULL)
	//{
	//	return;
	//}
	assert(!QueueEmpty(pq));
	QueueNode* next = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = next;
	//如果队列删完后,tail不做处理的话，tail是一个野指针
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = NULL;
	}
}

//取队列的头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

//取队列的尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

//队列数据个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	int n = 0;
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}
	return n;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}


void QueueAllPop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//先进先出
	printf("出队顺序是：");
	while (!QueueEmpty(pq))
	{
		QDataType front = QueueFront(pq);
		printf("%d ", front);
		QueuePop(pq);
	}
	printf("\n");
}

test.c文件

void menu()
{

	printf("  0.退出   1.入队   2.出队   3.取队头   4.取队尾   5.队列元素个数    6.出队顺序   \n");

}

int main()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	int option = -1;
	while (option)
	{
		menu();
		printf("请输入你要执行的选项：");
		scanf("%d", &option);
		if (option == 1)
		{
			int num = 0;
			printf("请输入你要入队的数字：");
			scanf("%d", &num);
			QueuePush(&q, num);
		}
		else if (option == 2)
		{
			QueuePop(&q);
		}
		else if (option == 3)
		{
			printf("对头数据是：%d\n", QueueFront(&q));
		}
		else if (option == 4)
		{
			printf("对尾数据是：%d\n", QueueBack(&q));
		}
		else if (option == 5)
		{
			printf("队列元素个数是：%d\n", QueueSize(&q));
		}
		else if (option == 6)
		{
			QueueAllPop(&q);
		}
		else if (option == 0)
		{
			QueueDestroy(&q);
			printf("退出\n");
		}
		else
		{
			printf("无此选项\n");
		}
	}
	return 0;
}

完结！