数据结构：队列（C语言）

队列

一、概念

队列也是一种特殊的线性表，其只允许在一端进行数据的插入操作，在另一端进行数据的删除操作。进行数据插入的一端称为队尾，进行数据删除的一端称为队头。其队列中的数据元素遵循先进先出（后进后出）原则。

数据的插入也叫做入队列，其操作是在队尾完成的。数据的删除也叫做出队列，其操作是在队头完成的。

二、特点

只允许在一端进行数据的插入（队尾），另一端进行数据的删除操作（队头），其队列中的数据元素遵循先进先出（后进后出）原则。

三、实现

3.1 队列实现体系结构的确立

对于队列的实现，采用顺序表和链表都可以进行实现，但其实现难度和复杂程度不同，例如，在进行队列中数据元素的删除操作中：

顺序表：

需要去挪动队头后的数据，所以其效率较低。

链表（主要采用了单链表）：

只需要将头指针向后指向下一个即可。效率更高。

因此，主要采用单链表来进行队列的构建。

3.2 实现思路

对于队列的实现的话，可以定义两个链表结点，一个为头节点（head），一个为指向了最后一个元素结点（tail）。和一个记录总的元素个数的变量size。插入元素后，让tail往后走，删除元素时，让head往前走，具体细节看下面代码即可。

3.3 具体实现

3.2.1 结构体

typedef int QDataType;

typedef struct QListNode
{
	QDataType data;
	struct QListNode* next;
}QNode;//链表结点

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

实现时，使用了两个结构体，第一个结构体为链表结点信息，第二个结构体为队列信息。

3.2.2 队列的初始化

void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);

	q->head = q->tail = NULL;
	q->size = 0;
}

初始化内容很简单，让其队列内的信息初始化即可。对于assert()函数不清楚的，可看我上文对于栈的解析内容即可。

3.2.3 队列的插入

void QueuePush(Queue* q, QDataType x)
{
	assert(q);

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;

	if (q->head == NULL)
	{
		q->head = q->tail = newnode;
	}
	else
	{
		q->tail->next = newnode;
		q->tail = newnode;
	}
	q->size++;
}

在插入时，要分情况进行插入，第一种也是特殊情况，也就是当插入第一个数据时，直接把新结点直接赋给head和tail结点即可。其余各种情况，都是单链表的插入操作。插入成功，size加1。

3.2.4 队列的删除操作

void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->head != NULL);

	QNode* next = q->head->next;
	if (next == NULL)
	{
		free(q->head);
		q->head = q->tail = next;
	}
	else
	{
        free(q->head);
	    q->head = next;
	}
	q->size--;
}

在删除中，如果head结点为空，说明队列中没有元素，就不能进行删除了。另外，还要注意，当队列中只有一个元素进行删除时，删除后不仅要让head结点为空，还要注意也要让tail结点也为空。

删除成功，size减1。

3.2.5 获取队头元素

QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->head != NULL);

	return q->head->data;
}

只要队列中有元素，直接返回head结点所指向的内容即可。

3.2.6 获取队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->tail != NULL);

	return q->tail->data;
}

只要对列中有元素，直接返回tail所指向的内容即可。

3.2.7 获取队列总的元素个数

int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q);

	return q->size;
}

因其size记录的就为队列中总的元素个数，所以直接返回其size即可。

3.2.8 判断队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q);

	return q->head == NULL;
}

看head结点或tail结点是否为空即可。

3.2.9 队列的销毁

void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);

	QNode* next = NULL;
	while (q->head != NULL)
	{
		next = q->head->next;
		free(q->head);
		q->head = next;
	}
	q->tail = NULL;
	q->size = 0;
}

对于队列的销毁，需要将所申请的所有内存都进行返回。因其需要将链表内所有非空结点都进行释放。再将size恢复初始值即可。

至此，队列讲解完毕。