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[数据结构初阶]队列

news 来源：原创 2024/9/21 6:30:45

鼠鼠我呀，今天写一个基于C语言关于队列的博客，如果有兴趣的读者老爷可以抽空看看，很希望的到各位老爷观点和点评捏！

在此今日，也祝各位小姐姐女生节快乐啊，愿笑容依旧灿烂如初阳，勇气与童真永不退色！

1.队列的概念及结构

2.对列的实现

2.1.queue.h

2.2.queue.c

2.3.test.c

2.4.定义队列

2.5.初始化队列

2.6.队尾入队列

2.7.对头出队列

2.8.获取队列队头元素

2.9.获取队列队尾元素

2.10.获取队列中有效元素的个数

2.11.检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，非空返回0

2.12.销毁队列

3.分析运行结果

4.ending

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，队列中的数据元素具有先进先出 FIFO(First In First Out) 的特点。

队尾：进行插入操作的一端称为队尾。

对头：进行删除操作的一端称为队头。

咱们画一个队列的想象图就很好理解上面几个概念：

其实很好理解，队列里面的数据元素就像排队一样，先进入队列的数据元素当然先出队列了。

2.对列的实现

队列也可以数组和链表的结构实现，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，效率会比较低。

而队列用链表实现的方案也是多种多样，只要满足队列的定义即可。鼠鼠我今天写一个方案（本方案基于无头单向非循环链表）各位佬们可以看看啊，俺先把三个文件和运行结果呈现如下：

2.1.queue.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int QDatatype;typedef struct QNode
{QDatatype _data;struct  QNode* _next;
}QNode;typedef struct Queue
{int k;QNode* head;QNode* tail;
}Queue;//初始化队列
void QueueInit(Queue* q);//队尾入数据
void QueuePush(Queue* q, QDatatype data);//对头出数据
void QueuePop(Queue* q);//获取队列对头元素
QDatatype QueueFront(Queue* q);//获取队列队尾元素
QDatatype QueueBack(Queue* q);//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);//检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，非空返回0
bool QueueEmpty(Queue* q);//销毁队列
void QueueDestory(Queue* q);

2.2.queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"queue.h"void QueueInit(Queue* q)
{assert(q);q->head = q->tail = NULL;q->k = 0;
}void QueuePush(Queue* q, QDatatype data)
{assert(q);QNode* tmp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (tmp == NULL){perror("malloc fail");return;}tmp->_data = data;tmp->_next = NULL;if (q->tail == NULL){q->head = q->tail = tmp;}else{q->tail->_next = tmp;q->tail = tmp;}q->k++;
}void QueuePop(Queue* q)
{assert(q);assert(q->k > 0);QNode* next = q->head->_next;free(q->head);q->head = next;if (q->head == NULL){q->tail = NULL;}q->k--;
}QDatatype QueueFront(Queue* q)
{assert(q);assert(q->k > 0);return q->head->_data;
}QDatatype QueueBack(Queue* q)
{assert(q);assert(q->k > 0);return q->tail->_data;
}int QueueSize(Queue* q)
{assert(q);return q->k;
}bool QueueEmpty(Queue* q)
{assert(q);return q->tail == NULL;
}void QueueDestory(Queue* q)
{assert(q);QNode* tmp = q->head;while (tmp){QNode* next = tmp->_next;free(tmp);tmp = next;}q->k = 0;q->head = q->tail = NULL;
}

2.3.test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"queue.h"int main()
{Queue q;QueueInit(&q);QueuePush(&q, 0);QueuePush(&q, 1);QueuePush(&q, 1);QueuePush(&q, 2);QueuePush(&q, 3);QueuePush(&q, 4);QueuePush(&q, 5);QueuePush(&q, 6);printf("%d\n", QueueSize(&q));printf("%d ", QueueFront(&q));printf("%d\n", QueueBack(&q));printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);while (!QueueEmpty(&q)){printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);}printf("\n%d\n", QueueSize(&q));QueueDestory(&q);return 0;
}

运行结果如图，至于为什么是这些个结果，我们详细看以下鼠鼠的队列方案是如何实现的。

2.4.定义队列

typedef int QDatatype;typedef struct QNode
{QDatatype _data;struct  QNode* _next;
}QNode;typedef struct Queue
{int k;QNode* head;QNode* tail;
}Queue;

老样子我们将int重命名成QDatatype，方便以后代码的维护。

让后定义并重命名结构体QNode充当队列节点，这些节点根据数据元素的入队列或者出队列按需申请或者释放。QNode中成员_data用来存放数据元素，QNode中成员_next用来链接下一个节点。

又由于基于无头单向非循环链表（以下简称链表）实现的队列在入队列和出队列时分别需要链表尾插和头删，而且经常需要知道队列中数据元素的个数，我们定义并重命名结构体Queue来维护上面需求：Queue中成员k用来记录队列中数据元素个数；成员head用来指向链表头节点；成员tail用来指向链表尾节点。

大概这样子：

2.5.初始化队列

void QueueInit(Queue* q)
{assert(q);q->head = q->tail = NULL;q->k = 0;
}

断言防止传入的结构体变量地址为空（因为这个地址不可能为空）。将head和tail置成NULL，将k置成0即可。

2.6.队尾入队列

void QueuePush(Queue* q, QDatatype data)
{assert(q);QNode* tmp = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (tmp == NULL){perror("malloc fail");return;}tmp->_data = data;tmp->_next = NULL;if (q->tail == NULL){q->head = q->tail = tmp;}else{q->tail->_next = tmp;q->tail = tmp;}q->k++;
}

断言防止传入的结构体变量地址为空（这点以下不在赘述）。队尾入队列其实就是链表尾插，先动态申请一个结构体QNode空间充当新节点，这个新节点的存放好想插入的数据元素，再让新节点链接好队列（链接队列是要区分队列是否为空），k加一即可。

2.7.对头出队列

void QueuePop(Queue* q)
{assert(q);assert(q->k > 0);QNode* next = q->head->_next;free(q->head);q->head = next;if (q->head == NULL){q->tail = NULL;}q->k--;
}

断言防止队列为空仍然出队列。常规来说再进行链表头删、k减一即可完成出队列，但要注意如果队列中只有一个数据元素（或者说链表只有一个节点）时，如果按常规操作的话会使得tail变成野指针，用上面一个if语句很好处理问题。

2.8.获取队列队头元素

QDatatype QueueFront(Queue* q)
{assert(q);assert(q->k > 0);return q->head->_data;
}

断言防止队列为空仍然获取对头元素。返回head指向的节点成员_data即可。

2.9.获取队列队尾元素

QDatatype QueueBack(Queue* q)
{assert(q);assert(q->k > 0);return q->tail->_data;
}

断言防止队列为空仍然获取对尾元素。返回tail指向的节点成员_data即可。

2.10.获取队列中有效元素的个数

int QueueSize(Queue* q)
{assert(q);return q->k;
}

根据设定可知，返回k即可。

2.11.检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，非空返回0

bool QueueEmpty(Queue* q)
{assert(q);return q->tail == NULL;
}

若tail指向NULL说明队列为空（或者说链表为空），则q->tail==NULL为真，返回真。若队列不为空逻辑跟队列为空逻辑相反，返回假。

2.12.销毁队列

void QueueDestory(Queue* q)
{assert(q);QNode* tmp = q->head;while (tmp){QNode* next = tmp->_next;free(tmp);tmp = next;}q->k = 0;q->head = q->tail = NULL;
}

遍历链表将节点（这些节点都是动态申请的）都释放掉，再将head和tail置成NULL，并将k置成0即可。