数据结构——看完这篇保证你学会队列

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。

二、队列的实现方式

队列可以用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。

三、队列所需要的接口

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq);

//入队
void QueuePush(Queue* pq, Queuedatatype x);

//出队
void QueuePop(Queue* pq);

//获取队头元素
Queuedatatype QueueFront(Queue* pq);

//获取队尾元素
Queuedatatype QueueBack(Queue* pq);

//获取队列元素个数
int Queuesize(Queue* pq);

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

四、接口的详细实现

4.1初始化

初始化：我们需要将pq->phead和pq->ptail都置为NULL，并且将pq->size置为0；

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

4.2销毁

销毁：首先定义一个cur指针保存头节点phead的地址，接下来利用cur!=NULL使得循环往下走，在循环内定义一个next的指针来更新地址，并且用free来释放内存，出循环后，将pq->phead,pq->ptail都置为NULL,并且将pq->size置为0。

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	Queuenode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		Queue* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

4.3入队

入队：入队有两种情况。第一种，队内无其他元素；第二种，队内有其他元素。
①、队内无其他元素：直接让pq->phead = pq->ptail = newnode;

②、队内有其它元素：如果队列不为NULL,我们需要让pq->ptail->next指向newnode,并且最后再让pq->ptail指向newnode.

oid QueuePush(Queue* pq, Queuedatatype x)
{
	assert(pq);
	Queuenode* newnode = (Queuenode*)malloc(sizeof(Queuenode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	//队内无其它元素
	if (pq->phead == NULL)
	{
		assert(pq->ptail == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
    }
	else
	{
		//链接
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;

	}
	pq->size++;
}

4.5出队

出队：出队列大体上分为两种情况：有节点和无节点。
①、如果队列中没有节点，就不能进行出队操作，我们这时可以用assert(!QueueEmpty(pq)); 来进行判断。
②、队列中有节点时，又可以分为一个节点和多个节点之分，如果队列中只有一个节点时，我们直接用free 置空；如果队列中有多个节点时，首先、创建一个next用来保存phead的下一个节点的地址，我们free(phead)，再让phead等于我们的next。

// 出队
void QueuePop(Queue * pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//一个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail=NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		//头删
		Queuenode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

4.6获取队头元素

//获取队头元素
Queuedatatype QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead->data;
}

4.7获取队尾元素

//获取队尾元素
Queuedatatype QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->ptail->data;
}

4.8获取队列元素个数

//获取队列元素个数
int Queuesize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

4.9判空

如果pq->size==0时，便证明队列为NULL。

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

五、完整代码

5.1Queue.h

#pragma once
#include
#include
#include
#include

typedef int Queuedatatype;
//定义队列结构
typedef struct Queuenode
{
	struct Queuenode* next;
	Queuedatatype data;
}Queuenode;


typedef struct Queue
{
	Queuenode* phead;
	Queuenode* ptail;
	int size;
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq);

//入队
void QueuePush(Queue* pq, Queuedatatype x);

//出队
void QueuePop(Queue* pq);

//获取队头元素
Queuedatatype QueueFront(Queue* pq);

//获取队尾元素
Queuedatatype QueueBack(Queue* pq);

//获取队列元素个数
int Queuesize(Queue* pq);

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

5.2Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	Queuenode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		Queue* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//入队
void QueuePush(Queue* pq, Queuedatatype x)
{
	assert(pq);
	Queuenode* newnode = (Queuenode*)malloc(sizeof(Queuenode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->phead == NULL)
	{
		assert(pq->ptail == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
    }
	//链接
	pq->ptail->next = newnode;
	pq->ptail = newnode;

	pq->size++;
}


// 出队
void QueuePop(Queue * pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//一个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail=NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		//头删
		Queuenode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

//获取队头元素
Queuedatatype QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead->data;
}

//获取队尾元素
Queuedatatype QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->ptail->data;
}

//获取队列元素个数
int Queuesize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

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

5.3test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
void test1()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	printf("Size:%d\n", Queuesize(&q));
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}

}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}