线性表 - 队列Queue

队列的定义

队列是一种特殊的线性表。

队列仅在线性表的两端进行操作：
队头(Front)：取出数据元素的一端
队尾(Rear)：插入数据元素的一端

队列不允许在中间部位进行操作！

队列的性质：先进先出

队列的一些常用操作：
创建队列，销毁队列，清空队列，进队列，出队列，获取队头元素，获取队列的长度

1. 队列的顺序存储实现

 队列的顺序存储实现是基于线形表的代码实现的，因此需要调用线形表的头文件，线性表的代码在前面的文章中已经详细说明，此处不再赘述。

//顺序队列 头文件 SeqQueue.h
#ifndef _SEQQUEUE_H_
#define _SEQQUEUE_H_

typedef void SeqQueue;

SeqQueue *SeqQueue_Create(int capacity);
void SeqQueue_Destroy(SeqQueue *queue);
void SeqQueue_Clear(SeqQueue *queue);
int SeqQueue_Append(SeqQueue *queue, void *item); //加入队列
void *SeqQueue_Retrieve(SeqQueue *queue);         //出队列
void *SeqQueue_Header(SeqQueue *queue);           //获取头部
int SeqQueue_Length(SeqQueue *queue);
int SeqQueue_Capacity(SeqQueue *queue);

#endif

//顺序队列 源文件 SeqQueue.c
#include "SeqList.h"
#include "SeqQueue.h"

SeqQueue *SeqQueue_Create(int capacity) // O(1)
{
    return SeqList_Create(capacity);
}

void SeqQueue_Destroy(SeqQueue *queue) // O(1)
{
    SeqList_Destroy(queue);
}

void SeqQueue_Clear(SeqQueue *queue) // O(1)
{
    SeqList_Clear(queue);
}

int SeqQueue_Append(SeqQueue *queue, void *item) // O(1)加入队列
{
    return SeqList_Insert(queue, item, SeqList_Length(queue));
}

void *SeqQueue_Retrieve(SeqQueue *queue) // O(n) 出队列
{
    return SeqList_Delete(queue, 0);
}

void *SeqQueue_Header(SeqQueue *queue) // O(1) 获取头部元素
{
    return SeqList_Get(queue, 0);
}

int SeqQueue_Length(SeqQueue *queue) // O(1)
{
    return SeqList_Length(queue);
}

int SeqQueue_Capacity(SeqQueue *queue) // O(1)
{
    return SeqList_Capacity(queue);
}

2. 队列的链式存储实现

同样，链式存储也要借助于链表的代码。

//链式队列 头文件 LinkList.h
#ifndef _LINKQUEUE_H_
#define _LINKQUEUE_H_

typedef void LinkQueue;

LinkQueue *LinkQueue_Create();
void LinkQueue_Destroy(LinkQueue *queue);
void LinkQueue_Clear(LinkQueue *queue);
int LinkQueue_Append(LinkQueue *queue, void *item);
void *LinkQueue_Retrieve(LinkQueue *queue);
void *LinkQueue_Header(LinkQueue *queue);
int LinkQueue_Length(LinkQueue *queue);

#endif

//链式队列 源文件 LinkList.c
#include 
#include 
#include "LinkList.h"
#include "LinkQueue.h"

typedef struct _tag_LinkQueueNode
{
    LinkListNode header;
    void *item;
} TLinkQueueNode;

LinkQueue *LinkQueue_Create() // O(1)
{
    return LinkList_Create();
}

void LinkQueue_Destroy(LinkQueue *queue) // O(n)
{
    LinkQueue_Clear(queue);
    LinkList_Destroy(queue);
}

void LinkQueue_Clear(LinkQueue *queue) // O(n)
{
    while (LinkQueue_Length(queue) > 0)
    {
        LinkQueue_Retrieve(queue);
    }
}

int LinkQueue_Append(LinkQueue *queue, void *item) // O(n) 数据加入队列
{
    TLinkQueueNode *node = (TLinkQueueNode *)malloc(sizeof(TLinkQueueNode));
    int ret = (item != NULL) && (node != NULL);

    if (ret)
    {
        node->item = item;

        ret = LinkList_Insert(queue, (LinkListNode *)node, LinkList_Length(queue));
    }

    if (!ret)
    {
        free(node);
    }

    return ret;
}

void *LinkQueue_Retrieve(LinkQueue *queue) // O(1) 出队列
{
    TLinkQueueNode *node = (TLinkQueueNode *)LinkList_Delete(queue, 0);
    void *ret = NULL;

    if (node != NULL)
    {
        ret = node->item;

        free(node);
    }

    return ret;
}

void *LinkQueue_Header(LinkQueue *queue) // O(1) 获取头部元素
{
    TLinkQueueNode *node = (TLinkQueueNode *)LinkList_Get(queue, 0);
    void *ret = NULL;

    if (node != NULL)
    {
        ret = node->item;
    }

    return ret;
}

int LinkQueue_Length(LinkQueue *queue) // O(1)
{
    return LinkList_Length(queue);
}

小结

队列是一种特殊的线性表。
队列只允许在线性表的头部和尾部进行操作。

队列通常有两种实现方式：

• 顺序结构实现
• 链式结构实现

顺序队列的优化方案

顺序队列：
线性表的第一个元素作为队头
线性表的最后一个元素作为队尾
入队的新元素是在线性表的最后,时间复杂度为O(1)。
出队时需要将后续的所有元素向前移动，时间复杂度O(n)。

希望将出队时的时间复杂度降为O(1)。

优化方案：

定义front使其始终代表队头的下标
出队时将队头元素返回，且front++

定义rear使其始终代表队尾下一个元素的下标
入队时将新元素插入，且rear++

没有必要只将下标为0的位置定义为队头。

如图所示：

链式队列的优化方案

链式队列：
线性表的第一个元素作为队头
线性表的最后一个元素作为队尾

入队的新元素是在线性表的最后，时间复杂度为O(n)。
出队的元素即链表的第一个元素，时间复杂度O(1)。

需要让入队的时间复杂度简化为O(1)。

优化方案：

定义rear指针始终指向链表中的最有一个元素。
入队时将新元素通过rear插入队尾，且将rear指向新元素。

小结

优化的顺序队列循环利用顺序空间提高出队
操作的效率。

优化的链式队列定义rear指针指向队尾元素
提高出队操作的效率。