堆栈Stack 和 队列Queue是两种非常重要的数据结构,两者都是特殊的线性表:
- 对于堆栈,所有的插入和删除(以至几乎所有的存取)都是在表的同一端进行;
- 对于队列,所有的插入都是在表的一端进行,所有的删除(以至几乎所有的存取)都是在表的另一端进行。
队列是一种操作受限的线性表,对于它的所有插入都在表的一端进行,所有的删除(以至几乎所有的存取)都在表的另一端进行,且这些操作又都是按照先进先出(FIFO)的原则进行的。进行删除的一端称为队头(front),进行插入的一端称为队尾(rear)。没有元素的队列称为空队列(简称空队)。
队列就像生活中排队购物,新来的人只能加入队尾(假设不允许插队),购物结束后先离开的总是队头(假设无人中途离队)。也就是说,先加入队列的成员总是先离开队列,因此队列被称为先进先出(First In First Out)的线性表,简称为FIFO表。如图,在空队列中依次加入元素a1,a2,a3,a4,a5,出队次序仍然是a1,a2,a3,a4,a5 .
队列是受限的线性表,其基本操作包括
IsEmpty()
: 判断队列是否为空;isFull()
:判断队列是否为满;enqueue()
:向队尾添加元素(入队);dequeue()
:删除队首元素(出队);peek()
:获取队首的元素值(存取);同普通线性表一样,队列也可以用顺序存储和链接存储两种方式来实现:
参考前文:线性表(八)队列:顺序队列及其基本操作(初始化、判空、判满、入队、出队、存取队首元素)
用链接存储方式实现的队列称为链式队列。队列的主要操作都在队首和队尾进行,所以链式队列应包含两个指针:队首指针front和队尾指针rear,分别存放队首和队尾结点的地址信息。链式队列中没有哨位结点。 分析链式队列的结构不难看出,当创建一个链式队列时,队列的首尾指针均为NULL。
参考前文:线性表(二)单链表及其基本操作(创建、插入、删除、修改、遍历打印)
#include
#include
stdio.h
用于输入输出操作stdlib.h
用于内存分配和释放// 定义队列节点
typedef struct Node {
int data;
struct Node* next;
} Node;
// 定义链式队列
typedef struct Queue {
Node* front; // 队头指针
Node* rear; // 队尾指针
} Queue;
Node
结构体表示队列的节点
data
,以及一个指向下一个节点的指针 next
。Queue
结构体表示链式队列
front
和 rear
,分别指向队头和队尾节点。void initQueue(Queue* queue) {
queue->front = NULL;
queue->rear = NULL;
}
将队头和队尾指针都设置为 NULL,表示队列为空。
int isQueueEmpty(Queue* queue) {
return queue->front == NULL;
}
如果队头指针为空,即 front 为 NULL,则队列为空,返回值为 1,否则返回值为 0。
void enqueue(Queue* queue, int data) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = data;
newNode->next = NULL;
if (isQueueEmpty(queue)) {
queue->front = newNode;
queue->rear = newNode;
} else {
queue->rear->next = newNode;
queue->rear = newNode;
}
}
int dequeue(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
Node* temp = queue->front;
int data = temp->data;
queue->front = queue->front->next;
free(temp);
if (queue->front == NULL) {
queue->rear = NULL;
}
return data;
}
dequeue
函数用于将元素出队,并返回出队的元素值。
int peek(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
return queue->front->data;
}
peek
函数用于获取队列的队首元素值,但不进行出队操作。
int main() {
Queue queue;
initQueue(&queue);
enqueue(&queue, 10);
enqueue(&queue, 20);
enqueue(&queue, 30);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
enqueue(&queue, 40);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
return 0;
}
initQueue
函数对其进行初始化;enqueue
函数将三个元素(10、20、30)依次入队;peek
函数获取队首元素并打印;dequeue
函数进行两次出队操作,并使打印出队的元素值;peek
函数获取队首元素并打印;enqueue
函数将元素 40 入队;peek
函数获取队首元素并打印。#include
#include
// 定义队列节点
typedef struct Node {
int data;
struct Node* next;
} Node;
// 定义链式队列
typedef struct Queue {
Node* front; // 队头指针
Node* rear; // 队尾指针
} Queue;
// 初始化链式队列
void initQueue(Queue* queue) {
queue->front = NULL;
queue->rear = NULL;
}
// 判断链式队列是否为空
int isQueueEmpty(Queue* queue) {
return queue->front == NULL;
}
// 入队
void enqueue(Queue* queue, int data) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = data;
newNode->next = NULL;
if (isQueueEmpty(queue)) {
queue->front = newNode;
queue->rear = newNode;
} else {
queue->rear->next = newNode;
queue->rear = newNode;
}
}
// 出队
int dequeue(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
Node* temp = queue->front;
int data = temp->data;
queue->front = queue->front->next;
free(temp);
if (queue->front == NULL) {
queue->rear = NULL;
}
return data;
}
// 获取队首元素
int peek(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
return queue->front->data;
}
int main() {
Queue queue;
initQueue(&queue);
enqueue(&queue, 10);
enqueue(&queue, 20);
enqueue(&queue, 30);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
enqueue(&queue, 40);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
return 0;
}