队列的实现

• 队列是一种特殊的顺序表，它遵循先进先出(First in First out)的原则，只能在一端插入数据，在另一端删除数据
• 插入数据叫做入队，删除数据叫做出队
• 插入数据的一端叫队尾，删除数据的一端叫队头

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队列的结构：

• 如果用顺序表实现，入队还是比较方便，但出队就需要挪动数据了，显然不适合用顺序表实现

因此这里用链表实现队列

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	QDataType val;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

但用链表还有一个问题，就是每次入队时还要遍历链表找尾指针，不是很方便

用双向循环链表是可以解决这个问题的，但是这里我们用另一种方法，那就是再定义一个结构体，里面存放链表的头指针和尾指针；
只要每次入队后更新一下尾指针，下次入队时就能轻易找到尾

同时加上一个size，用来记录当前队列的元素个数

因此，我们队列结构的最优解就是：

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	QDataType val;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

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

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实现接口：

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);

//出队
void QueuePop(Queue* pq);

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);

//获取队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//获取队列的元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

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初始化：

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

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

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入队：

创建新结点：

QueueNode* CreateNewNode(QDataType x)
{
	QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newNode == NULL)
	{
		perror("CreateNewNode:malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newNode->val = x;
	newNode->next = NULL;

	return newNode;
}

• 如果队列为空，头指针和尾指针都要指向新结点
• 如果队列不为空，尾指针指向新结点，更新尾指针

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

	QueueNode* newNode = CreateNewNode(x);

	if (pq->ptail == NULL)
	{
		pq->phead = newNode;
		pq->ptail = newNode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newNode;
		pq->ptail = newNode;
	}

    pq->size++;
}

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出队：

• 当队列为空，不能出数据，需要断言
• 更新头指针，释放原来的头指针指向的空间
• 如果只有一个结点，出队后，头指针为空并且原来头指针指向的空间已经释放，但是此时尾指针仍然指向原来头指针的位置，所以要置空

//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);

	QueueNode* cur = pq->phead;
	pq->phead = pq->phead->next;
	free(cur);

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

	pq->size--;
}

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判断队列是否为空：

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->phead == NULL;
}

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获取队头元素：

• 当队列为空时，不能获取元素

//获取队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);

	return pq->phead->val;
}

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测试：

void TestQueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		QDataType front = QueueFront(&q);
		printf("%d ", front);
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");
}

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获取队尾元素：

• 队列为空，不能获取元素

//获取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->ptail);

	return pq->ptail->val;
}

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获取队列元素个数：

//获取队列的元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

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销毁：

• 遍历链表，销毁每个结点
• 最后将头指针和尾指针置空，避免野指针

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

	QueueNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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需要源码的小伙伴可以去我的Gitee自行查看Queue/Queue · baiyahua/LeetCode - 码云 - 开源中国 (gitee.com)