队列的实现

学习就像一段长跑，比的不是谁跑得快，而是谁更能坚持！！

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 1 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。

 和栈不同的是，队列的出队顺序是唯一的！

2 队列的实现

分析

有两种实现队列的方式：数组和链表。链表可以用单链表也可以用双链表。

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，效率很低！

数组实现：效率低！！

链表实现：单链表更合适！！

思考一个问题，需要带哨兵位的头节点吗？

• 其实都可以，不带也可以，可以不用判断直接尾插，但是如果带了哨兵位的头节点，要malloc，最后也要free释放空间。

因为队列我们只需要入队（尾插）和出队（头删），单链表都可以实现，不需要使用双链表。但是我们要想，我们要怎么分清队头和队尾呢？所以我们在尾插头删的时候：

• 需要ptail指针维护队列最后一个元素
• 需要phead指针维护队列第一个元素

那么这个时候实现起来就需要用到二级指针了。很不方便。

那么我们怎么解决这个问题呢？（不用二级指针的等效替换方法）

①带哨兵位的头节点。②返回值。③可以考虑用一个结构体封装起来。

这里我们用结构体。 

代码实现

Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Queue.h"

int main()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);

	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}

	QueueDestroy(&q);

	return 0;
}

函数声明Queue.h

#include
#include
#include
#include

typedef int QDataType;

//创建队列节点
typedef struct QueueNode
{
	QDataType val;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

//创建维护队列的指针
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;//原本是需要遍历的，写在结构体里可以很好的是时间复杂度由O(N)变为O(1)
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq);

//空间释放
void QueueDestroy(Queue* pq);

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

//头删
void QueuePop(Queue* pq);

//取队头的数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);

//取队尾的数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);

//判断是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);

//队列元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

函数实现Queue.c 

初始化QueueInit

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

空间释放QueueDestroy

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;
}

入队列QueuePush

这里需要创建一个节点

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

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;

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

	pq->size++;
}

出队列QueuePop

要注意两种情况

• 空链表
• 只有一个元素（ptail野指针的情况，要进行判断置空）

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

	//链表不为空
	assert(pq->phead);

	QNode* del = pq->phead;
	pq->phead = pq->phead->next;
	free(del);
	del = NULL;
    
    //链表中只有一个元素，删完以后为空
	if (pq->phead == NULL)
		pq->ptail = NULL;

	pq->size--;
}

队头元素QueueFront

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
    assert(pq->phead);

	return pq->phead->val;
}

队尾元素QueueBack

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq); 
	assert(pq->ptail);

	return pq->ptail->val;
}

判断队列是否为空QueueEmpty

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->phead == NULL;
}

队列元素个数QueueSize

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

	return pq->size;
}

Queue.c总代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Queue.h"

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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;
}

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

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;

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

	pq->size++;
}

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

	QNode* del = pq->phead;
	pq->phead = pq->phead->next;
	free(del);
	del = NULL;

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

	pq->size--;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	// 
	assert(pq->phead);

	return pq->phead->val;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq); 
	assert(pq->ptail);

	return pq->ptail->val;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->phead == NULL;
}

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

	return pq->size;
}

以上就是用单链表实现队列的代码实现。