第 3 章 栈和队列（单链队列）
1. 背景说明
队列(queue)是一种先进先出(first in first out,缩为 FIFO)的线性表。它只允许在表的一端进行插入，而在另一端删除元素。
2. 示例代码
1）status.h
/* DataStructure 预定义常量和类型头文件 */
#ifndef STATUS_H
#define STATUS_H
/* 函数结果状态码 */
#define TRUE 1 /* 返回值为真 */
#define FALSE 0 /* 返回值为假 */
#define RET_OK 0 /* 返回值正确 */
#define INFEASIABLE 2 /* 返回值未知 */
#define ERR_MEMORY 3 /* 访问内存错 */
#define ERR_NULL_PTR 4 /* 空指针错误 */
#define ERR_MEMORY_ALLOCATE 5 /* 内存分配错 */
#define ERR_NULL_STACK 6 /* 栈元素为空 */
#define ERR_PARA 7 /* 函数参数错 */
#define ERR_OPEN_FILE 8 /* 打开文件错 */
#define ERR_NULL_QUEUE 9 /* 队列为空错 */
typedef int Status; /* Status 是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如 OK 等 */
typedef int Bollean; /* Boolean 是布尔类型,其值是 TRUE 或 FALSE */
#endif // !STATUS_H2) linkQueue.h
/* 单链队列 —— 队列的链式存储结构头文件 */
#ifndef LINKQUEUE_H
#define LINKQUEUE_H
#include "status.h"
typedef int QElemType;
typedef struct QNode {
QElemType data;
struct QNode *next;
} QNode, *QueuePtr;
typedef struct {
QueuePtr front, rear;
} LinkQueue;
/* 构造一个空队列 Q */
Status InitQueue(LinkQueue *Q);
/* 销毁队列 Q(无论空否均可) */
Status DestroyQueue(LinkQueue *Q);
/* 将 Q 清为空队列 */
Status ClearQueue(LinkQueue *Q);
/* 若 Q 为空队列,则返回 TRUE,否则返回 FALSE */
Bollean QueueEmpty(const LinkQueue *Q);
/* 求队列的长度 */
int QueueLength(LinkQueue *Q);
/* 若队列不空,则用 e 返回 Q 的队头元素,并返回 OK, 否则返回 ERROR */
Status GetQueueHead(const LinkQueue *Q, QElemType *e);
/* 插入元素 e 为 Q 的新的队尾元素 */
Status EnQueue(LinkQueue *Q, QElemType e);
/* 若队列不空,删除 Q 的队头元素,用 e 返回其值,并返回 OK, 否则返回 ERROR */
Status DeQueue(LinkQueue *Q, QElemType *e);
/* 从队头到队尾依次对队列 Q 中每个元素调用函数 vi() */
Status QueueTraverse(const LinkQueue *Q, void(*vi)(QElemType));
#endif // !LINKQUEUE_H
3) linkQueue.c
/* 单链队列 —— 队列的链式存储结构源文件 */
#include "linkQueue.h"
#include
#include
/* 构造一个空队列 Q */
Status InitQueue(LinkQueue *Q)
{
Q->front = Q->rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
if (!Q->front) {
printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_MEMORY_ALLOCATE);
return ERR_MEMORY_ALLOCATE;
}
Q->front->next = NULL;
return RET_OK;
}
/* 销毁队列 Q(无论空否均可) */
Status DestroyQueue(LinkQueue *Q)
{
while (Q->front) {
Q->rear = Q->front->next;
free(Q->front);
Q->front = Q->rear;
}
return RET_OK;
}
/* 将 Q 清为空队列 */
Status ClearQueue(LinkQueue *Q)
{
Q->rear = Q->front;
QueuePtr p = Q->front->next;
Q->front->next = NULL;
QueuePtr q = NULL;
while (p) {
q = p;
p = p->next;
free(q);
}
return RET_OK;
}
/* 若 Q 为空队列,则返回 TRUE,否则返回 FALSE */
Bollean QueueEmpty(const LinkQueue *Q)
{
return (Q->front == Q->rear) ? TRUE : FALSE;
}
/* 求队列的长度 */
int QueueLength(LinkQueue *Q)
{
int length = 0;
QueuePtr p = Q->front;
while (p != Q->rear) {
++length;
p = p->next;
}
return length;
}
/* 若队列不空,则用 e 返回 Q 的队头元素(队头元素为 front 的下一个元素), 并返回 OK, 否则返回 ERROR */
Status GetQueueHead(const LinkQueue *Q, QElemType *e)
{
if (Q->front == Q->rear) {
printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_NULL_QUEUE);
return ERR_NULL_QUEUE;
}
*e = Q->front->next->data;
return RET_OK;
}
static QueuePtr MakeNewQueueNode(QElemType e)
{
QueuePtr p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
if (!p) {
printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_MEMORY_ALLOCATE);
return NULL;
}
p->data = e;
p->next = NULL;
return p;
}
/* 插入元素 e 为 Q 的新的队尾元素 */
Status EnQueue(LinkQueue *Q, QElemType e)
{
QueuePtr p = MakeNewQueueNode(e);
if (p == NULL) {
printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_NULL_PTR);
return ERR_NULL_PTR;
}
Q->rear->next = p;
Q->rear = p;
return RET_OK;
}
/* 若队列不空,删除 Q 的队头元素,用 e 返回其值,并返回 OK, 否则返回 ERROR */
Status DeQueue(LinkQueue *Q, QElemType *e)
{
if (Q->front == Q->rear) {
printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_NULL_QUEUE);
return ERR_NULL_QUEUE;
}
QueuePtr p = Q->front->next;
*e = p->data;
Q->front->next = p->next;
if (Q->rear == p) {
Q->rear = Q->front;
}
free(p);
return RET_OK;
}
/* 从队头到队尾依次对队列 Q 中每个元素调用函数 vi() */
Status QueueTraverse(const LinkQueue *Q, void(*vi)(QElemType))
{
QueuePtr p = Q->front->next;
while (p) {
vi(p->data);
p = p->next;
}
return RET_OK;
} 4) auxiliary.h
/* 辅助函数头文件 */
#ifndef AUXILIARY_H
#define AUXILIARY_H
#include "linkQueue.h"
/* 打印栈元素 */
void Print(QElemType e);
#endif // !AUXILIARY_H5) auxiliary.c
/* 辅助函数实现源文件 */
#include "auxiliary.h"
#include
/* 打印栈元素 */
void Print(QElemType e)
{
printf("%d ", e);
} 6) main.c
/* 入口程序源文件 */
#include "status.h"
#include "auxiliary.h"
#include "linkQueue.h"
#include
int main(void)
{
LinkQueue Q;
Status ret = InitQueue(&Q);
if (ret == RET_OK) {
printf("Initialize queue success!\n");
}
printf("The queue is %s\n", (QueueEmpty(&Q) == TRUE) ? "empty" : "not empty");
printf("The length of the queue is %d\n", QueueLength(&Q));
EnQueue(&Q, -5);
EnQueue(&Q, 5);
EnQueue(&Q, 10);
printf("After insert 3 elements, the length of the queue is %d\n", QueueLength(&Q));
printf("The queue is %s\n", (QueueEmpty(&Q) == TRUE) ? "empty" : "not empty");
printf("The elements of the queue is: ");
QueueTraverse(&Q, Print);
printf("\n");
QElemType e;
ret = GetQueueHead(&Q, &e);
if (ret == RET_OK) {
printf("The element of the head of the queue is %d\n", e);
}
DeQueue(&Q, &e);
printf("Delete the element of the head of the queue %d\n", e);
ret = GetQueueHead(&Q, &e);
if (ret == RET_OK) {
printf("The new element of the head of the queue is %d\n", e);
}
ClearQueue(&Q);
printf("After clear the queue, Q.front = %p, Q.rear = %p, Q.front->next = %p\n",
Q.front, Q.rear, Q.front->next);
DestroyQueue(&Q);
printf("After destroy the queue, Q.front = %p, Q.rear = %p\n", Q.front, Q.rear);
return 0;
} 3. 输出示例
注意：free() 函数的作用仅仅是把指针指向的内存释放，并未将指针置为空，切记要将指针置空，否则会变成野指针，使程序存在巨大风险。