【C语言数据结构】链队列

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原创最新推荐文章于 2026-10-23 14:26:51 发布 3.3k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

C语言数据结构-链队列链队列链队列与链表相似，不同的是它具有对列的运算方法，存储结构和链表相同，下面是其结构示意图：这里的*Q类似于链表的头节点*head；它包含两个指向队列节点的指针front和rear；当front和rear都为ＮＵＬＬ时队列为空；front指向队列第一个节点，rear指向最后一个节点，当两者指向同一个节点说明队列只有一个节点；还有不设头指针的链队列表示形式，这里不予说明；下面为上图所示链队列结构阅读详情

前言

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

链队列，实际本身是一个链表，但是因为链表进行尾部元素插入时，其的时间复杂度较大，所以我们在这里使用具有尾指针的单链表，那么我们的入队和出队操作时间复杂度都是O(1)，使这种结构的资源消耗降低，如下图所示。

同时该链表也失去了对某一位置插入删除的权限。

一、链队列

1.链队列头文件及函数声明

我们可以新建头文件"lqueue.h"对顺序表函数声明进行保存，方便我们后期查看及使用

#pragma once

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

typedef int ELEM_TYPE;

typedef struct LQueue
{
	ELEM_TYPE data;//数据域
	LQueue* next;//指针域
}LQueue,*PLQueue;

typedef struct Head
{
	PLQueue head;
	PLQueue tail;
}Head,*PHead;

//初始化
void Init_LQueue(PHead pq);

//购买结点
PLQueue BuyNode();

//释放结点
void FreeNode(PLQueue* p);

//入队
void Push(PHead pq, ELEM_TYPE val);

//出队(如果出队成功，则返回出队的值)
bool Pop(PHead pq, ELEM_TYPE* rtval);

//获取队头元素值(如果成功，则返回队头值)
bool Top(PHead pq, ELEM_TYPE* rtval);

//获取有效值个数
int GetSize(PHead pq);

//判空
bool IsEmpty(PHead pq);

//清空
void Clear(PHead pq);

//销毁
void Destroy(PHead pq);

//打印队列
void Show(PHead pq);

2.初始化

我们需要一个链队列的表头来帮助我们储存相关信息：

1.头指针；

2.尾部指针；

那么我们可以定义如下的一个表头结构体：

typedef struct Head
{
	PLQueue head;
	PLQueue tail;
}Head,*PHead;

当然，也有本身的链表结点：

typedef int ELEM_TYPE;

typedef struct LQueue
{
	ELEM_TYPE data;//数据域
	LQueue* next;//指针域
}LQueue,*PLQueue;

接着我们实现一个初始化函数来对表头元素进行初始化：

//初始化
void Init_LQueue(PHead pq)
{
	assert(pq != NULL);
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
}

完成以上操作，我们就得到一个简单的空的队列，接下来可以对其进行相关操作。

3.结点申请

因为链表的结构特性，我们需要对结点进行多次申请，为了方便进行其他函数操作，并且为了优化代码，我们将结点的申请封装于一个函数。

//购买结点
PLQueue BuyNode()
{
	PLQueue node = (PLQueue)calloc(1, sizeof(LQueue));
	if (node == NULL)
	{
		exit(1);
	}
	return node;
}

4.结点释放

因为链表的结构特性，我们需要对结点进行多次删除，为了方便进行其他函数操作，并且为了优化代码，我们将结点的释放封装于一个函数。

//释放结点
void FreeNode(PLQueue* p)
{
	assert(p != NULL);
	free(*p);
	*p = NULL;
}

5.入队

对数据进行入队，即是直接对队列中链表尾部进行插入操作，即是对链表进行尾插。

注意，因为链队列具有两个指针，所以会出现只有一个元素时，头尾指针指向同一个位置，所以需要对这种情况进行判断。

//入队
void Push(PHead pq, ELEM_TYPE val)
{
	assert(pq != NULL);
	PLQueue newnode = BuyNode();
	newnode->data = val;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = newnode;
		pq->head = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

6.获取队头元素

这里与出队基本相同，但是无需删除数据。

rtval是输出参数，帮助获取队头元素。

//获取队头元素值(如果成功，则返回队头值)
bool Top(PHead pq, ELEM_TYPE* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		return false;
	}
	*rtval = pq->head->data;
	return true;
}

5.出栈

rtval是输出参数，帮助获取出队元素。

//出队(如果出队成功，则返回出队的值)
bool Pop(PHead pq, ELEM_TYPE* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		pq->tail = NULL;
		return false;
	}
	PLQueue delnode = pq->head;
	*rtval = delnode->data;
	pq->head = delnode->next;
	FreeNode(&delnode);
	return true;
}

6.清空与销毁

1.清空

当队列中数据无需使用，我们可以对队列进行清空操作，方法为一直出队；

//清空
void Clear(PHead pq)
{
	assert(pq != NULL);
	ELEM_TYPE rtval = 0;
	while (!IsEmpty(pq))
	{
		Pop(pq, &rtval);
	}
}

2.销毁

销毁相当于进行初始化相反的操作。

//销毁
void Destroy(PHead pq)
{
	Clear(pq);
	pq->front = NULL;
    pq->tail = NULL;
}

8.循环队列源文件及整体函数实现

源文件："lqueue.c"

#include "lqueue.h"

//初始化
void Init_LQueue(PHead pq)
{
	assert(pq != NULL);
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
}

//购买结点
PLQueue BuyNode()
{
	PLQueue node = (PLQueue)calloc(1, sizeof(LQueue));
	if (node == NULL)
	{
		exit(1);
	}
	return node;
}

//释放结点
void FreeNode(PLQueue* p)
{
	assert(p != NULL);
	free(*p);
	*p = NULL;
}

//入队
void Push(PHead pq, ELEM_TYPE val)
{
	assert(pq != NULL);
	PLQueue newnode = BuyNode();
	newnode->data = val;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->tail = newnode;
		pq->head = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

//出队(如果出队成功，则返回出队的值)
bool Pop(PHead pq, ELEM_TYPE* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		pq->tail = NULL;
		return false;
	}
	PLQueue delnode = pq->head;
	*rtval = delnode->data;
	pq->head = delnode->next;
	FreeNode(&delnode);
	return true;
}

//获取队头元素值(如果成功，则返回队头值)
bool Top(PHead pq, ELEM_TYPE* rtval)
{
	assert(pq != NULL);
	if (IsEmpty(pq))
	{
		return false;
	}
	*rtval = pq->head->data;
	return true;
}

//获取有效值个数
int GetSize(PHead pq)
{
	assert(pq != NULL);
	int num = 0;
	PLQueue node = pq->head;
	while (node != NULL)
	{
		num++;
		node = node->next;
	}
	return num;
}

//判空
bool IsEmpty(PHead pq)
{
	assert(pq != NULL);
	return pq->head == NULL;
}

//清空
void Clear(PHead pq)
{
	assert(pq != NULL);
	ELEM_TYPE rtval = 0;
	while (!IsEmpty(pq))
	{
		Pop(pq, &rtval);
	}
}

//销毁
void Destroy(PHead pq)
{
	Clear(pq);
	pq = NULL;
}

//打印队列
void Show(PHead pq)
{
	assert(pq != NULL);
	PLQueue node = pq->head;
	while (node != NULL)
	{
		printf("%d ", node->data);
		node = node->next;
	}
	printf("\n");
}