数据结构线性表——队列
前言：哈喽小伙伴们，这篇文章我们继续来学习线性表的第五章——队列。
世上无难事，只怕有心人。数据结构看似有很多种类型，但是它们之间都有着千丝万缕的联系。
只要我们能够耐心学习思考，就一定能够将知识串通起来，轻松拿下。
目录
一.什么是队列
二.队列的实现
三.队列的操作
1.队列初始化
2.入队
3.出队
4.队列长度
5.队头数据
6.队尾数据
7.判断空队列
8.销毁队列
9.测试
四.完整代码展示
1.Queue.h
2.Queue.c
五.总结
一.什么是队列
队列和栈一样，也是一种特殊的线性表，不同于栈的是：
队列要求数据只能从一端插入，从另一端删除。因此队列具有先进先出的特点，就类似于我们生活中的排队。
那么关于队列也有两个专用名词：
- 队头：进行插入操作的一端，称为队头，执行入队列操作。
- 队尾：进行删除操作的一端，称为队尾，执行出队列操作。
二.队列的实现
根据我们现在对队列的了解，要实现一个好的队列，就需要在头删和尾插上更加便捷。
所以我们首先排除使用数组，头删比较麻烦，那么就在单链表和双链表里选。
双链表无论是实现栈还是队列都可以，但是都有点小题大作，仅仅是对头尾的单独操作，不需要使用两个指针，所以队列我们选择用单链表实现。
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QNode;但是这样的实现方法有一个问题，就是必须要使用二级指针才能对队列进行操作。
但是我们不喜欢用二级指针，该怎么避免使用呢？？？
其实很简单，如果是对结构体里的数据进行操作，我们只需要用结构体类型的一级指针即可，所以我们再定义一个嵌套结构体，单独用来记录队列的头、尾，就可以使用一级指针来操作啦。
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* phead;
QNode* ptail;
int size;
}Queue;同时我们为了方便记录队列长度，额外定义size变量。
三.队列的操作
1.队列初始化
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}2.入队
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("QueuePush->malloc");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->phead == NULL)
{
pq->phead = pq->ptail = newnode;
}
else
{
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = newnode;
}
pq->size++;
}入队，实际上就是尾插。
值得注意的一点是，我们要考虑一下队列是否为空。
因为如果队列为空，那么入队之后，对头和队尾都需要指向该数据，但是如果队列已经存在数据，那就只需要让原队尾指向新数据，再让新数据称为队尾即可。
3.出队
//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
//判空
assert(pq->phead);
QNode* head = pq->phead;
pq->phead = pq->phead->next;
free(head);
head = NULL;
if (pq->phead == NULL)
{
pq->ptail = NULL;
}
pq->size--;
}出队，也就是头删。
删除数据肯定首先断言是否为空队列。
其次在考虑，如果只有一个数据，删除之后，队列为空，但是好像ptail还指向该数据的空间，这样ptail就变成了野指针。所以要进行一次判断，让phead和ptail都要指向NULL。
那么判断条件就是队头是否为空，为空就说明队列为空。
接下来的操作就都很简单啦，博主将直接展示代码。
4.队列长度
//队列长度
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}5.队头数据
//队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
return pq->phead->data;
}6.队尾数据
//队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->ptail);
return pq->ptail->data;
}7.判断空队列
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead == NULL;
}这里是一个技巧，如果phead为空就说明是空队列，返回false，反之返回true。
8.销毁队列
//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;
}9.测试
int main()
{
Queue q;
QueueInit(&q);
QueuePush(&q, 1);
QueuePush(&q, 2);
QueuePush(&q, 3);
QueuePush(&q, 4);
int size = QueueSize(&q);
printf("size = %d\n", size);
while (!QueueEmpty(&q))
{
printf("%d ", QueueFront(&q));
QueuePop(&q);
}
QueueDestroy(&q);
return 0;
}这里博主尽可能多的展示了大部分操作，其他操作就靠小伙伴们下去自己制作并测试啦。
结果如下：
四.完整代码展示
1.Queue.h
#include
#include
#include
#include
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* phead;
QNode* ptail;
int size;
}Queue;
//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//出队
void QueuePop(Queue* pq);
//队长
int QueueSize(Queue* pq);
//队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq); 2.Queue.c
#include "Queue.h"
//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->phead = pq->ptail = NULL;
pq->size = 0;
}
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("QueuePush->malloc");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->phead == NULL)
{
pq->phead = pq->ptail = newnode;
}
else
{
pq->ptail->next = newnode;
pq->ptail = newnode;
}
pq->size++;
}
//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
//判空
assert(pq->phead);
QNode* head = pq->phead;
pq->phead = pq->phead->next;
free(head);
head = NULL;
if (pq->phead == NULL)
{
pq->ptail = NULL;
}
pq->size--;
}
//队列长度
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
//队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->phead);
return pq->phead->data;
}
//队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(pq->ptail);
return pq->ptail->data;
}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->phead == NULL;
}
//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;
}五.总结
队列也是在单链表的基础上进行另类操作，没有附加其他实质性有难度的地方，所以相信大家只要掌握好了单链表的知识，对于队列的理解和实现也是不在话下。
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