【C语言】链表实现队列

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前言

利用动态数组实现了循环队列，这是静态的队列，缺点是需要预设大小，当队列满时，无法再插入新的数据，只有等队头的数据被取走以后才能往队列放入新的数据。
除了动态数组分配实现的队列之外，还可以使用链表实现队列，这种方式动态创建节点需要的内存，当有新的数据节点要加入时，才去申请内存空间，不需要预设大小，整个队列需要的内存空间不需要连续，并且插入删除更容易实现。但是同时也带来存取速度慢的缺点，操作也比数组的方式更加复杂。
其实用链表实现队列的方式十分简单，只需要在单链表的基础上，增加一个尾指针即可。因为队列的特点是“先进先出”，因此我们只需要在一头一尾两个指针，就可以快速地在队头取出数据，在队尾插入数据。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、实现过程

1、定义结构体结构

• 定义结构体结构

typedef struct Queue_Node {
	QUEUE_TYPE data;
	struct Queue_Node *next;
}QueueNode;

2、创建一个结构体指针

• ①、创建头指针：QueueNode *head;
• ②、创建尾指针：QueueNode *tail;

QueueNode *head;
QueueNode *tail;

3、数据入队列

• ①、创建一个结构体指针 new_node
• ②、通过malloc动态分配地址块，将该地址块的首地址传给 new_node
• ③、通过判断 new_node == NULL 查看 malloc 是否分配内存空间成功，为空则表示分配失败，打印错误信息
• ④、将数据赋值给 new_node 指针指向的data域
• ⑤、通过判断 head == NULL 确定该队列是否为
• 1.1）队列为空则将头指针 head 和尾指针 tail 都指向新节点【new_node 指向的内存空间】
• 2.1）队列不为空则将 “ 尾指针 tail 指向的内存空间中的next域 ” 指向 “ new_node 指向的内存空间 ”
• 2.2）将尾指针 tail 指向 “ new_node 指向的内存空间 ”【尾指针指向新节点】

/*
 * Data queuing
 */
void enqueue(QUEUE_TYPE value) {
	QueueNode *new_node;
	new_node = (QueueNode *)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (new_node == NULL)
		perror("malloc fail\n");
	new_node->data = value;
	if (head == NULL) {
		head = new_node;
		tail = new_node;
	} else {
		tail->next = new_node;
		tail = new_node;
	}
}

4、数据出队列

• ①、判断该队列是否为空
• ②、创建一个结构体指针 front_node
• ③、将 “ 头指针指向的内存空间 ” 传给 “ front_node ”，使得 front_node 指向第一个节点
• ④、将 “ front_node 指向内存空间中的next的值 ”【第二个节点的首地址】传给 头指针 head，使得头指针 head 指向第二个节点
• ⑤、将 front_node 指向的内存空间通过 free() 释放掉【释放第一个节点的内存空间】
• ⑥、如果这时 头指针 head 指向为空，说明该队列已为空，将尾指针 tail 也设置为指向为空

/*
 * Data out of queue
 */
void dequeue(void) {
	assert(!is_empty());
	QueueNode *front_node;
	front_node = head;
	head = front_node->next;
	free(front_node);
	if (head == NULL)
		tail = NULL;
}

5、判断队列是否为空

• ①、在队列中，头指针 head 指向为空，则说明该队列为空，所以只需要返回 head == NULL 的结果
• 返回值为1：表明队列为空
• 返回值为0：说明队列不为空

/*
 * Is the Queue empty?
 * return: 
 * 0 - is not empty
 * 1 - empty
 */
int is_empty(void) {
	return head == NULL;
}

6、获取队列第一个数据

• ①、判断队列是否为空
• ②、返回头指针 head 所指向 内存空间 中的 data域数据

/*
 * Gets the first data in the queue 
 */
QUEUE_TYPE get_head(void) {
	assert(!is_empty());
	return head->data;
}

7、获取队列最后一个数据

• ①、判断队列是否为空
• ②、返回尾指针 tail 所指向 内存空间 中的 data域数据

/*
 * Gets the last data in the queue
 */
QUEUE_TYPE get_tail(void) {
	assert(!is_empty());
	return tail->data;
}

8、清空队列数据

• ①、只要当前队列不为空，就逐个对数据进行出队列操作，直到队列为空

/*
 * Destory Queue
 */
void empty_queue(void) {
	while (!is_empty())
		dequeue();
}

二、具体代码

#include 
#include 
#include 
#include 

#define QUEUE_TYPE int

typedef struct Queue_Node {
	QUEUE_TYPE data;
	struct Queue_Node *next;
}QueueNode;

QueueNode *head;
QueueNode *tail;

/*
 * Is the Queue empty?
 * return: 
 * 0 - is not empty
 * 1 - empty
 */
int is_empty(void) {
	return head == NULL;
}

/*
 * Data queuing
 */
void enqueue(QUEUE_TYPE value) {
	QueueNode *new_node;
	new_node = (QueueNode *)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (new_node == NULL)
		perror("malloc fail\n");
	new_node->data = value;
	if (head == NULL) {
		head = new_node;
		tail = new_node;
	} else {
		tail->next = new_node;
		tail = new_node;
	}
}

/*
 * Data out of queue
 */
void dequeue(void) {
	assert(!is_empty());
	QueueNode *front_node;
	front_node = head;
	head = front_node->next;
	free(front_node);
	if (head == NULL)
		tail = NULL;
}

/*
 * Gets the first data in the queue 
 */
QUEUE_TYPE get_head(void) {
	assert(!is_empty());
	return head->data;
}

/*
 * Gets the last data in the queue
 */
QUEUE_TYPE get_tail(void) {
	assert(!is_empty());
	return tail->data;
}

/*
 * Destory Queue
 */
void empty_queue(void) {
	while (!is_empty())
		dequeue();
}

/*
 * Print Queue information
 */
void print(void) {
	printf("List data: ");
	if (is_empty()) {
		printf("NULL\n");
	} else {
		QueueNode *node;
		node = head;
		while (node) {
			printf("%d ", node->data);
			node = node->next;
		}
		printf("\n");
		printf("front data: %d\t", get_head());
		printf("tail data: %d\n", get_tail());
	}
	printf("\n");
}

/*
 * The main function
 */
int main(int argc, char **argv) {
	print();
	printf("Data queuing\n");
	enqueue(10); enqueue(8); enqueue(6);
	enqueue(4);  enqueue(2); enqueue(0);
	print();
	printf("Data out of queue\n");
	dequeue(); dequeue();
	print();
	printf("Data queuing\n");
	enqueue(1); enqueue(3); enqueue(5);
	print();
	printf("Empty queue\n");
	empty_queue();
	print();
} /*-----End of main function-----*/

三、测试结果

总结

以上是对链表实现队列的一些理解，如有写的不好的地方，还请各位大佬不吝赐教。