数据结构与算法—队列

目录

一、队列的概念及结构

二、队列的实现

1、声明队列结构体

2、初始化

3、销毁

4、入队列

5、判断队列是否为空

6、出队列

7、输出队头

8、输出队尾

9、输出队列大小

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数据结构

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一、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。

二、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，需要数据依次向后移动，效率会比较低。

 

 1、声明队列结构体

我们需要两个结构体：

• 一个储存单个节点的信息（下一个节点的地址和数据），
• 另一个用于存储队列的信息（头节点和尾节点的地址）。 

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

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

• 将数据类型定义别名为QueueNode，方便修改数据类型。

QNode：节点结构体

• 定义struct QueueNode类型指针指向当前节点的下一个节点。
• data用于存储数据。
• 定义结构体别名为QNode

Queue：队列结构体

• 包含两个QNode类型指针，分别指向头节点和尾节点。
• int 类型 size用于统计当前队列大小。
• 定义结构体别名为Queue。

 2、初始化

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

	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。
• 将头节点和尾节点初始化为空。
• size初始化为0.

3、销毁

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

	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur) {
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。
• 指针cur指向头节点，借助cur完成每个节点的销毁。
• 定义next指向cur的下一个节点
• 释放cur指向的空间，将cur更新为next。
• 全部节点销毁后，将头节点和尾节点赋值为空，size更新为0.

4、入队列

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);

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

	if (pq->ptail == NULL) {
		assert(pq->phead == NULL);

		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else {
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。
• 为新节点 newnode 开辟空间。
• 如果开辟失败则通过perror打印失败信息。
• 将新节点的data赋值为参数 x ，新节点next赋值为空。
• 如果尾节点为空，同时检查一下头节点是否为空，保证没有错误头尾节点都为空，则将头尾节点赋值为新节点 newnode 。
• 如果队列不为空，则将新节点插入尾部，尾节点更新为新节点。
• 最后size加一。

5、判断队列是否为空

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

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。
• 返回值为1，队列为空；返回值为0，队列不为空。

6、出队列

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

	if (pq->phead->next == NULL) {
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else {
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}

	pq->size--;
}

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。
• assert判断队列是否为空，为空则报错，不能进行删除。
• 如果删除头节点，则释放头节点的空间，将头尾节点赋值为空。
• 否则，定义指针next指向头节点的下一个节点，
• 释放头节点指向的空间，将头节点更新为next。
• 最后队列大小size减一。

7、输出队头

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

	return pq->phead->data;
}

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。 
• assert判断队列是否为空，为空则报错，不能进行删除。
• 返回头节点的data。

8、输出队尾

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

	return pq->ptail->data;
}

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。 
• assert判断队列是否为空，为空则报错，不能进行删除。
• 返回头节点的data。

9、输出队列大小

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

	return pq->size;
}

• assert判断队列地址是否为空，为空则报错。 、
• 返回队列大小size。