【C语言】队列的实现

目录

队列的概念和结构

 队列的模拟实现：

用代码定义队列的结构

队列基本功能的实现

 初始化队列

队尾入数据

对头出数据

获取对列对头元素

获取队列对尾元素

判空

获取队列中有效元素的个数

销毁队列

完整代码

头文件

源文件

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队列的概念和结构

队列的概念：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，队列中的数据结构遵循先进先出FIFO(First In First Out)或后进后出的原则。

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

队列的结构：

 队列的模拟实现：

要实现队列无非也是现在我们学的两种结构：数组和链式结构。

但是用链式结构来实现队列是更好的，这里刚好和栈相反。因为队列是在一端插入，另一端进行删除刚好对应的是尾插和头删，使用顺序表的头删效率就不是很高，而链式结构无论插入还是删除效率都很高。

用代码定义队列的结构

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;
 
typedef struct Queue
{
	int size;
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

这里用到了两个结构体，因为我们不仅要有链式的结构，还要标识队列的头和尾，这样方便我们进行头删和尾插，至于size则是用来记录队列中的元素个数的。

队列基本功能的实现

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
 
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);
 
//对尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
 
//对头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
 
//获取对列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
 
//获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
 
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
 
//获取队列中有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq);

 初始化队列

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

 首先判断是否为空，然后把size置为0，头和尾都置成空

队尾入数据

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
 
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

首先肯定是要申请节点，然后进行插入 ，但是插入也分两种情况。

第一种情况：一个数据都没有，head和tail同时指向空

第二种情况：已经有数据了直接在tail后面链接就行了

最后别忘了将size++。

对头出数据

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
 
	//1.一个结点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;//避免野指针问题
	}
	//2.多个结点
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;
}

 这里的删除也是要判断是只有一个结点还是有多个结点的情况

只有一个结点或者删到只有一个结点

就要把头free掉并且头指针和尾都要置成空

有多个节点

创建一个指针，存放head的下一个结点，接着free掉头指针，然后更新一下头指针

还有别忘了size要减减

 下面这些就没啥好讲的了，比较简单，相信大家应该可以轻松拿捏。

获取对列对头元素

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}

获取队列对尾元素

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}

判空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

获取队列中有效元素的个数

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

这里你也可以遍历一遍这个队列进行计数，不过效率比较低。

销毁队列

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

完整代码

头文件：

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;
 
typedef struct Queue
{
	int size;
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;
 
//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
 
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);
 
//对尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
 
//对头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
 
//获取对列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
 
//获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
 
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
 
//获取队列中有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq);

源文件：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 
#include "Queue.h"
 
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->size = 0;
	pq->head = pq->tail = NULL;
}
 
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}
 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
 
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
 
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
 
	//1.一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;//避免野指针问题
	}
	//2.多个节点
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;
}
 
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;
}
 
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;
}
 
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}
 
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

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