队列 - C语言实现（摘自数据结构与算法分析 C语言描述）
一、概述：
像栈一样，队列（queue）也是表。然而，使用队列时插入在一端进行而删除在另一端进行。
队列的基本操作是Enqueue（入队），它是在表的末端（叫做队尾（rear）插入一个元素，还有Dequeue（出队），它是删除（或返回）在表的开头（叫做队头（front）的元素。如图1所示显示一个队列的抽象模型。
图1 队列模型
二、实现
如同栈的情形一样，对于队列而言任何表的实现都是合法的。像栈一样，对于每一种操作，链表实现和数组实现都给出快速的
O（1）运行时间。
1. 队列的链表实现
文件名：queue_list.h
#ifndef _QUEUE_LIST_H #define _QUEUE_LIST_H #define ElementType int struct Node; struct QNode; typedef struct Node *PtrToNode; typedef PtrToNode Queue; int IsEmpty( Queue Q ); Queue CreateQueue( void ); void DisposeQueue( Queue Q ); void MakeEmpty( Queue Q ); void Enqueue( ElementType X, Queue Q ); ElementType Front( Queue Q ); void Dequeue( Queue Q ); ElementType FrontAndDequeue( Queue Q ); #endif /* _QUEUE_LIST_H */文件名：queue_list.c
#include "queue_list.h"
#include "fatal.h"
typedef struct QNode
{
ElementType Element;
struct QNode *Next;
}QNode, *QNodePtr;
struct Node {
QNodePtr Front;
QNodePtr Rear;
};
int
IsEmpty( Queue Q )
{
return Q->Front == Q->Rear;
}
Queue
CreateQueue( void )
{
Queue Q;
Q = malloc( sizeof( struct Node ) );
Q->Front = Q->Rear = malloc( sizeof( struct QNode ) );
if (!Q->Front)
FatalError( "Out of space!!!");
Q->Front->Next = NULL;
return Q;
}
void
MakeEmpty( Queue Q )
{
if( Q == NULL )
Error( "Must use CreateQueue first" );
else
while( !IsEmpty( Q ) )
Dequeue( Q );
}
void
DisposeQueue( Queue Q )
{
while( Q->Front ) {
Q->Rear = Q->Front->Next;
free( Q->Front );
Q->Front = Q->Rear;
}
printf( "\nDispose queue completed!!!" );
}
void
Enqueue( ElementType X, Queue Q )
{
QNodePtr p;
p = malloc( sizeof( QNode ) );
if (!p)
FatalError( "Out of space!!!" );
p->Element = X;
p->Next = NULL;
Q->Rear->Next = p;
Q->Rear = p;
}
ElementType
Front( Queue Q )
{
if ( !IsEmpty( Q ) )
return Q->Front->Next->Element;
return 0; /* Return value used to avoid warning */
}
void
Dequeue( Queue Q )
{
if ( !IsEmpty( Q ) )
{
QNodePtr p;
p = malloc( sizeof( QNode ) );
if (!p)
FatalError( "Out of space!!!" );
p = Q->Front->Next;
Q->Front->Next = p->Next;
if ( Q->Rear == p )
Q->Rear = Q->Front;
free( p );
}
}
ElementType
FrontAndDequeue( Queue Q )
{
if ( !IsEmpty( Q ) )
{
QNodePtr p;
p = malloc( sizeof( QNode ) );
if (!p)
FatalError( "Out of space!!!" );
p = Q->Front->Next;
ElementType temp = 0;
temp = p->Element;
Q->Front->Next = p->Next;
if ( Q->Rear == p )
Q->Rear = Q->Front;
free( p );
return temp;
}
Error( "Empty queue!!!" );
return 0; /* Return value used to avoid warning */
}文件名：queue_list_main.c
#include <stdio.h>
#include "queue_list.h"
int main()
{
int n, num, m;
int i;
Queue Q = CreateQueue();
printf( "Initialization complete.\n" );
if ( IsEmpty( Q ) )
printf( "Queue is empty \n" );
printf( "Please input the number of elements in the queue:" );
scanf( "%d", &n );
printf( "Please input %d elements put in queue:", n );
for(i = 0; i < n; i++ )
{
scanf( "%d", &num );
Enqueue( num, Q );
}
printf( "Front element: %d.\n", Front( Q ) );
printf( "Elements in queue:" );
while ( !IsEmpty( Q )) {
printf( "%3d", FrontAndDequeue( Q ) );
}
DisposeQueue( Q );
printf( "\n" );
return 0;
}
2. 队列的数组实现
文件名：queue_array.h
#ifndef QUEUE_ARRAY_H #define QUEUE_ARRAY_H #define ElementType int struct QueueRecord; typedef struct QueueRecord *Queue; int IsEmpty( Queue Q ); int IsFull( Queue Q ); Queue CreateQueue( int MaxElements ); void DisposeQueue( Queue Q ); void MakeEmpty( Queue Q ); void Enqueue( ElementType X, Queue Q ); ElementType Front( Queue Q ); void Dequeue( Queue Q ); ElementType FrontAndDequeue( Queue Q ); #endif /* QUEUE_ARRAY_H */文件名：queue_array.c
#include "queue_array.h"
#include "fatal.h"
/* Place in implementation file
* Queue implementation is a dynamically allocated array*/
#define MinQueueSize ( 5 )
struct QueueRecord
{
int Capacity;
int Front;
int Rear;
int Size;
ElementType *Array;
};
int
IsEmpty( Queue Q )
{
return Q->Size == 0;
}
void
MakeEmpty( Queue Q )
{
Q->Size = 0;
Q->Front = 1;
Q->Rear = 0;
}
static int
Succ( int value, Queue Q )
{
if ( ++value == Q->Capacity )
value = 0;
return value;
}
void
Enqueue( ElementType X, Queue Q )
{
if( IsFull( Q ) )
Error( "Full queue" );
else
{
Q->Size++;
Q->Rear = Succ( Q->Rear, Q );
Q->Array[ Q-> Rear ] = X;
}
}
void
Dequeue( Queue Q )
{
if ( IsEmpty( Q ) )
Error( "Empty queue" );
else
{
Q->Size--;
Q->Front++;
}
}
ElementType
FrontAndDequeue( Queue Q )
{
ElementType temp = 0;
if ( IsEmpty( Q ) )
Error( "Empty queue" );
else
{
Q->Size--;
temp= Q->Array[ Q->Front ];
Q->Front = Succ( Q->Front, Q );
}
return temp;
}
ElementType
Front( Queue Q )
{
if ( !IsEmpty( Q ) )
return Q->Array[ Q->Front ];
Error( "Empty queue" );
return 0; /* Return value used to avoid warning */
}
int
IsFull( Queue Q )
{
return Q->Size == Q->Capacity;
}
Queue
CreateQueue(int MaxElements )
{
Queue Q;
if ( MaxElements < MinQueueSize )
Error( "Queue size is too small!!!" );
Q = malloc( sizeof( struct QueueRecord ) );
if ( Q == NULL )
FatalError( "Out of space!!!" );
Q->Array = malloc( sizeof( ElementType ) * MaxElements );
if ( Q->Array == NULL )
FatalError( "Out of Space!!!" );
Q->Capacity = MaxElements;
MakeEmpty( Q );
return Q;
}
void
DisposeQueue( Queue Q )
{
if ( Q != NULL )
{
free( Q->Array );
free( Q );
}
}文件名：queue_main.c
#include <stdio.h>
#include "queue_array.h"
int
main()
{
int size;
printf( "Please input queue size: " );
scanf( "%d", &size );
Queue Q = CreateQueue( size );
ElementType temp;
printf( "Please input queue elements(seperate by space): " );
while ( !IsFull( Q ) )
{
scanf( "%d", &temp );
Enqueue( temp, Q );
}
printf( "Dequeue queue in turn: " );
while ( !IsEmpty( Q ) )
{
printf( "%3d", FrontAndDequeue( Q ) );
}
printf( "\n" );
DisposeQueue( Q );
return 0;
}
附录：上述代码中用到了Error、FatalError等函数，其实现如下（即fatal.h文件）：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define Error( Str ) FatalError( Str ) #define FatalError( Str ) fprintf( stderr, "%s\n", Str ), exit( 1 )
备注：本文摘自《数据结构与算法分析 C语言描述 Mark Allen Weiss著》，代码经gcc编译测试通过。
附件下载：http://download.csdn.net/detail/shuxiao9058/4212437#queue-array.tar.gz，http://download.csdn.net/detail/shuxiao9058/4212435#queue-list.tar.gz