[数据结构 -- C语言] 队列(Queue)

目录

1、队列

1.1 队列的概念及结构

2、队列的实现

2.1 接口

3、接口的实现

3.1 初始化队列

3.2 队尾入队列

分析：

3.3 队头出队列

分析：

3.4 获取队列头部元素

3.5 获取队列尾部元素

3.6 获取队列中有效元素个数

3.7 检测队列是否为空

3.7.1 int 类型判空

3.7.2 bool 类型判空

3.8 销毁队列

4、完整代码

5、效果展示

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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

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。本篇文章就是用链表实现队列。

2.1 接口

#include 
#include 
#include 
// 链式结构：表示队列 
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
	QNode* front;
	QNode* rear;
	int size;
}Queue;

// 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，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q);

3、接口的实现

3.1 初始化队列

我们将队头指针与队尾指针都置为 NULL，并将队列的大小赋值为 0。

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

	q->front = NULL;
	q->rear = NULL;	
	q->size = 0;
}

3.2 队尾入队列

void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);

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

	if (q->rear == NULL)
	{
		assert(q->front == NULL);

		q->front = q->rear = newnode;
	}
	else
	{
		q->rear->next = newnode;
		q->rear = newnode;
	}
	q->size++;
}

分析：

我们是以链表实现队列的，所以每次入队的时候我们都要 malloc 一个 newnode 结点出来，将 newnode->data = data，newnode->next = NULL。

下来就是连接了：

我们要考虑这个结点是否是队列的第一个结点。

1、是队列的第一个结点的话，我们让头尾指针都指向这个结点（q->front = q->rear = newnode）；

2、不是队列的第一个结点，我们将尾指针的next赋值为新节点（q->rear->next = newnode;）， 再让尾指针指向新节点（ q->rear = newnode;）；

3、让队列的 size++。

3.3 队头出队列

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

	//1.一个结点
	if (q->front->next == NULL)
	{
		free(q->front);
		q->front = q->rear = NULL;
	}
	else//2.多个结点
	{
		QNode* next = q->front->next;
		free(q->front);
		q->front = next;
	}
	q->size--;
}

分析：

出队的时候要考虑队列是否是一个结点：

1、队列中只有一个结点，我们将这一个结点释放掉后（free(q->front)），将头、尾指针都置空（q->front = q->rear = NULL）；

2、队列中有多个结点，那我们就将队头的下一个结点先保存起来（next = q->front->next），然后将队头释放掉（free(q->front)），最后让队头指向释放前队头的下一个结点（q->front = next）；

3、最后让队列的 size--。

3.4 获取队列头部元素

取队头元素时，我们先要对队列进行判空，如果队列为空，那就不存在队头元素。

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

	return q->front->data;
}

3.5 获取队列尾部元素

取队尾元素时，我们先要对队列进行判空，如果队列为空，那就不存在队尾元素。

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

	return q->rear->data;
}

3.6 获取队列中有效元素个数

我们在创建队列的结构体时，在里面创建了一个变量 size，它专门记录队列中的元素个数，所以在这我们只要返回 q->size就可以了。如果没有定义 size 变量的话，我们遍历一遍队列，用计数器来统计一下个数也是可以的。

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

	return q->size;
}

3.7 检测队列是否为空

3.7.1 int 类型接口

这里我们约定，为空返回非 0，非空返回 0。

int QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q);

	if (0 == q->size)
		return 1;
	else
		return 0;
}

3.7.2 bool 类型接口

直接判断队头是否为空，队头为空队列就是空。

bool QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q);

	return q->front == NULL;
}

3.8 销毁队列

销毁我们已经写的很多了，这就直接拿捏。我们先将单链表进行释放，这里有一个注意点，我们要先记下下一个位置，然后释放当前位置，然后将下个位置再交给当前位置来迭代。最后将头、尾指针置空，再将 size 置0。

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

	QNode* cur = q->front;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	q->front = q->rear = NULL;
	q->size = 0;
}

4、完整代码

完整代码在代码仓库，入口：C语言: C语言学习的代码，多复习 - Gitee.com

5、效果展示