数据结构初级＜队列＞

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目录

前言

正文

队列的数据结构

队列的操作函数

队列的实现

初始化队列

入队函数

出队函数

查询队头数据函数

查询队尾数据函数

查询队列元素个数函数

检查队空函数

链队列销毁函数

总结

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前言

大家看到文章的标题，可能会对队列有许多的联想，我们可以想象我们平时上学时大课间站队做操时的情景，先来的人站在最前面，后来的人依次在队尾向后站，数据结构中队列的性质也与此相似，这一节我们就来学习数据结构中的队列！

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正文

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。

总而言之，队列的操作在队头和队尾，头出尾进，因此具有先进先出的性质。

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队列的数据结构

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构建动态链式队列，首先每个节点需要单链表的数据结构，其次我们需要一个头尾指针记录头节点地址和尾节点地址，方便入队和出队，这里的入队和出队类似于头删和尾插，其次我们需要一个整型变量记录队列元素个数。

typedef int QDataType;

// 链式结构：表示队列 
typedef struct QListNode//单链表结构
{
	struct QListNode* _next;//后继指针
	QDataType _data;//数据域
}QNode;

// 队列的结构 
typedef struct Queue队列结构
{
	QNode* _front;//头指针
	QNode* _rear;//尾指针
	int size;//元素个数
}Queue;

队列逻辑结构动图演示

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队列的操作函数

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既然是链式结构，操作则与有一部分单链表类似，不过由于队列性质的限制，操作非常局限。

/*动态链队列*/

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q);

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q);

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q);

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q);

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

// 检测队列是否为空，如果为空返回1，如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* q);

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q);

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队列的实现

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初始化队列

对于队列的初始化，我们需要置空头指针和尾指针，防止野指针的访问，其次需要置0记录队列元素个数的变量size。

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);//检查空指针
	q->_front = q->_rear = NULL;//头尾指针置空
	q->size = 0;//元素个数置空
}

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入队函数

队列的入队在队尾，与单链表的尾插相似，我们只需要申请一个新的节点，然后将新节点的_next指向尾头节点，而原尾节点的地址是_rear指向的地址，我们指向将新节点链接在当前尾节点的后面，然后修改_rear地址的指向，使_rear指向新(尾)节点即可!

但是这里我们需要判断是否是首次入队，如果是首次入队需要将首节点的地址赋给头指针！

入队动图演示

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType x)
{
	assert(q);//检查空指针
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));//申请一个新节点
	if (!newnode)//判断是否申请成功
	{
		perror("malloc fail!\n");
		exit(-1);
	}

	newnode->_data = x;//赋值新节点
	newnode->_next = NULL;//先置空新节点的指针

	if (!q->_rear)//判断是否为首次插入
	{
		
		q->_front = q->_rear = newnode;//如果是则直接插入且将节点地址赋给头尾指针
	}
	else
	{
        //如果不是则让当前尾节点指向新节点，尾指针指向新(尾)节点
		q->_rear->_next = newnode;//尾指针节点的next指向新节点
		q->_rear = newnode;//尾指针指向新节点
	}
	++(q->size);//队列元素个数加1
}

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出队函数

队列的出队在队头，与单链表的头删相似，在删除前需要判断队列是否为空，定义一个变量保存即将删除的节点，然后让头指针_front指向原头节点的下一个节点，free释放原头节点的内存空间元素个数_size减一即可。

这里我们要注意的是，我们需要判断删除的是否是队列中最后一个节点，如果是则需要在删除节点后置空头指针_front和尾指针_rear，防止野指针的访问!

出队动图演示

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);//判断指针是否为空
	if (!QueueEmpty(q))//判断队列是否为空
	{
		QNode* freenode = q->_front;//存储当前的头节点方便释放
		if ((q->_front) != (q->_rear))//判断是否为最后一个节点
		{
			q->_front = q->_front->_next;//头指针指向头节点的下一个
			free(freenode);//释放原头节点地址空间
		}
		else//释放最后一个节点
		{
			q->_front = q->_rear = NULL;//置空头尾指针防止野指针访问
			free(freenode);//释放最后一个节点的地址空间
		}
		--(q->size);//队列元素个数减一
	}
}

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查询队头数据函数

取队头函数是取头节点的数据，如果头节点存在则函数返回头节点的_data数据，如果不存在则返回-1(或其他提示性反馈)。

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);//检查空指针
	if (!QueueEmpty(q))//判断队列是否为空
	{
		return q->_front->_data;//返回头节点的data数据
	}
	return -1;//为空返回-1(或其他提示性反馈)
}

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查询队尾数据函数

取队尾数据与取队头一样，尾节点存在则返回尾节点的_data数据，不存在则返回-1(或其他提示性反馈)。

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);//判断是否为空指针
	if (!QueueEmpty(q))//判断队列是否为空
	{
		return q->_rear->_data;//返回队尾节点的data数据
	}
	return -1;//为空返回-1(或其他提示性反馈)
}

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查询队列元素个数函数

查询队列元素个数，我们只需要返回记录节点个数的结构体成员size即可。

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);//检查空指针
	return q->size;//返回元素个数
}

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检查队空函数

检查队列是否为空我们只需要判断头指针_front和尾指针_rear为NULL且size等于0即可！如果为空则返回1，不为空返回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* q)
{
	assert(q);//判断空指针
    //如果头尾指针都为空且size=0则队列为空，返回1
	return ( q ->_front == NULL && q ->_rear == NULL && q->size == 0);
}

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链队列销毁函数

队列的销毁从队头开始，定义一个变量cur遍历使用free释放每个节点的内存空间，指导cur遍历到队尾节点的_next为NULL，迭代停止，销毁结束！在执行销毁时如果队列已经为空则不需要销毁！

销毁队列动图演示

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总结

这次我们介绍了特殊线性表之一队列，队列是一种特殊的线性表，队列的操作只能在队头和队尾，队列和栈一样常用于辅助一些其他的数据结构实现一些复杂的功能，看完本节相信大家对队列的操作已经有了一定的了解。

本次队列的基础知识介绍就到这里啦，希望能够尽可能帮助到大家。

如果文章中有瑕疵，还请各位大佬细心点评和留言，我将立即修补错误，谢谢！

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