数据结构-C语言描述（队列的链表实现）

概述

在日常生活中，先进先出似乎更加符合我们的日常认知。

 排队的人群中，队首的人总是先离开，而队尾的人总是后离开。

1.队列的基本原理和操作

我们知道队列也是一种线性表，而今天我们就用非顺序储存结构（链表）来实现它。

首先我们先明确队列的基本操作原理：因为同时涉及到队首和队尾的操作，所以仅用一个头指针是不好解决问题的，所以在这里我们采用双指针的方式（即分别用两个指针*front、*rear指向队首和队尾）。然后再考虑一下队列中还要有什么元素？当然是队列的长度size了。接着是节点的常规定义：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define eletype int

typedef struct Node {
    eletype data;
    struct Node* next;
} Node;

typedef struct Queue {
    Node *front;           //定义两个指针，*front指向队首，*rear指向队尾
    Node *rear;
    int size;    
} Queue;

2.队列的创建

队列的创建需要将先前出现的变量进行初始化：

void QueueCreat (Queue *q) {
    q->front=NULL;
    q->rear=NULL;
    q->size=0;
}

3.队列的销毁

销毁只需要从队首开始逐步将队列的空间释放掉,注意每释放一次就要将队首指针更新一次：

void QueueDestroy (Queue *q) {
    while(q->front){
        Node* temp=q->front;         
        q->front=q->front->next; //然后更新队首指针，直到循环条件中q->front==NULL
        free(temp);          //释放队首指针的空间
    }
    q->rear=NULL;
    q->size=0;
}

4.入队

入队操作需要Queue *q、eletype element作为传入的参数。而我们要做的就是将element存入一个节点的数据域， 再将该节点更新为新的队首节点：

void QueuePush (Queue *q,eletype element) {
    Node* new_Node=(Node*)malloc(sizeof(Node));
    new_Node->data=element;
    new_Node->next=NULL;             
    if(q->rear==NULL){
        q->front=q->rear=new_Node;  //判断是否为空队列，若是，队首队尾指针都指向新节点即可
    } else {
        new_Node->next=q->rear;     //若否，则将新节点链接到q->rear,并更新队尾节点
        q->rear=new_Node;
    }
    q->size++;
}

5.出队

删除元素是在队首进行的，需要将队首空间释放，且更新队首指针(注意要判断队列是否为空，并打印相关提示信息),最后将队首元素带回：

eletype QueuePop (Queue *q) {
    if(q->front==NULL){
        printf("Queue is empty!\n");
        exit(1);                          
    }
    eletype result=q->front->data;
    Node *temp=q->front;         
    q->front=q->front->next;     //更新队首指针
    free(temp);                  //定义一个*temp来接收q->front,并将其释放掉
    q->size--;
    return result;
}

6.获取队首元素

eletype QueueTop (Queue *q) {
    return q->front->data;
}

7.获取队列的长度

int QueueGetsize (Queue *q) {
    return q->size;    
}

8.完整源码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define eletype int

typedef struct Node {
    eletype data;
    struct Node* next;
} Node;

typedef struct {
    Node *front;       //定义两个指针，*front指向队首，*rear指向队尾
    Node *rear;
    int size;    
} Queue;

void QueueCreat (Queue *q) {
    q->front=NULL;
    q->rear=NULL;
    q->size=0;
}

void QueueDestroy (Queue *q) {
    while(q->front){
        Node* temp=q->front;
        q->front=q->front->next; //然后更新队首指针，直到循环条件中q->front==NULL
    	free(temp);              //释放队首指针的空间
	}
    q->rear=NULL;
    q->size=0;
}

void QueuePush (Queue *q,eletype element) {
    Node* new_Node=(Node*)malloc(sizeof(Node));
    new_Node->data=element;
    new_Node->next=NULL;             
    if(q->rear==NULL){
        q->front=q->rear=new_Node;  //判断是否为空队列，若是，队首队尾指针都指向新节点即可
    } else {
        q->rear->next=new_Node;     //若否，则将新节点链接到q->rear,并更新队尾节点
        q->rear=new_Node;
    }
    q->size++;
}

eletype QueuePop (Queue *q) {
    if(q->front==NULL){
        printf("Queue is empty!\n");
        exit(1);                          
    }
    eletype result=q->front->data;
    Node *temp=q->front;        
    q->front=q->front->next;   //更新队首指针
    free(temp);                //定义一个*temp来接收q->front,并将其释放掉
	q->size--;
    return result;
}

eletype QueueTop (Queue *q) {
    if(q->front==NULL){
    	printf("Queue is empty!\n");
		exit(1); 
	}
	return q->front->data;
}

int QueueGetsize (Queue *q) {
    return q->size;    
}

int main (){
	Queue q;
	QueueCreat (&q);
	QueuePush (&q,10);
	QueuePush (&q,20);
	QueuePush (&q,30);
	printf("出队元素为：%d\n",QueuePop (&q));
	printf("队首元素为：%d\n",QueueTop (&q));
	printf("队列的大小为：%d\n",QueueGetsize (&q));
}

总结

在完整源码调试的时候遇到了一个问题，其运行结果如下：

发现队首元素的输出有误！！！

后来发现问题出在释放空间的时候，

原错误代码：

eletype QueuePop (Queue *q) {
    if(q->front==NULL){
        printf("Queue is empty!\n");
        exit(1);                          
    }
    eletype result=q->front->data;
    Node *temp=q->front;        
    free(temp);                        //定义一个*temp来接收q->front,并将其释放掉
    q->front=q->front->next;   //更新队首指针
    q->size--;
    return result;
}

 修改后的正确代码：

eletype QueuePop (Queue *q) {
    if(q->front==NULL){
        printf("Queue is empty!\n");
        exit(1);                          
    }
    eletype result=q->front->data;
    Node *temp=q->front;        
    q->front=q->front->next;   //更新队首指针
    free(temp);                       //定义一个*temp来接收q->front,并将其释放掉
    q->size--;
    return result;
}

 

 很明显，将两句代码的执行顺序调换一下后（即前者是先释放空间后更新头指针。而后者是先更新头指针在释放空间），队首元素的输出就正确了。

这是什么原因呢？这个问题请帮忙大家想想看……