数据结构——队列的实现（细就完事了）

1.队列

1.1队列的概念和结构

今天我们要是实现的队列是完全相反的，队列是数据先进先出。而在栈中我们使用的顺序表(数组)来实现的。而队列却用单链表来实现是更加合适的。

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(Frist 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

 这里我们举个例子：在我们食堂买饭的时候，你付完钱商家都会给你一个号码，等叫到你号时就可以去领饭，以免被人插队，先买的就会先被叫到号，而队列就是秉持这样一个原则，先入先出的性质。

 由于队列要进行尾插头删操作，所以我们可以再定义一个结构体来保存队列的头指针和尾指针。队列的大小最好也保存一下。因为我们想要进行入队列出队列操作时，只需要通过队列的头指针和尾指针就可以进行尾插头删操作。

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下面上代码讲解：

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);

2.1 初始化和销毁队列

这里我们实现的单链表是无头不循环的单链表。所以我们把队列头和队列尾初始化为空指针。

而队列的销毁跟我们之前所学的都是一样的，每次记录下一个头节点位置，把头节点释放掉，直到为空为止。

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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

	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

2.2 队列的尾入

这里我们分两种情况：

第一种：第一次尾入数据的时候，新节点就是队列的尾和队列的头，把新结点赋值给队列的头和队列的尾。

第二种：队列已经有数据了，我们把新的结点链接到尾后面，然后再把新结点赋值为新的结点，也就是更新队列的尾。（就是尾插）

总结：队列头是一直不变的，队列尾入一个数据就需要把队列尾往后面移动一位。

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

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

	if (pq->ptail == NULL)
	{
		assert(pq->phead == NULL);
			pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

2.3 出队列

这里面我们分两种情况：

• 当队列只有一个结点的时候，直接free掉第一个结点即可，然后把队列头和对列尾赋值尾空即可。
• 当队列有两个及两个以上的结点的时候，我们先保存队列头的下一个结点，然后free掉队列头即可。

注意一下size要加1

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


	//1.一个节点
	//2.多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		//头删
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

2.4 获得队列头元素和尾元素

这里是非常简单的直接返回我们头，尾指针指向节点存储的data数据就可以

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->phead->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->ptail->data;
}

2.5 判断队列是否为空和获得队列元素个数

判断队列为空，只需要看它的大小是不是为0就行，或者判断队列的头指针和尾指针是不是都是空指针。

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

获得队列的元素个数，很简单，只需要返回队列的size就行

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

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Queue.h

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);

Queue.c

#include "Queue.h"


void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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

	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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

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

	if (pq->ptail == NULL)
	{
		assert(pq->phead == NULL);
			pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

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


	//1.一个节点
	//2.多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		//头删
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->phead->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->ptail->data;
}

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

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

test.c

#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);
	}
	printf("\n");

	QueueDestroy(&q);
}

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

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以上就是今天分享队列的全部内容，如果喜欢的话请三联支持一下，我们下期再见