初始数据结构之入门必懂——队列

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前言

本节，我们来学习队列的定义与使用。
其函数实现与自身定义并无难点，学习重点应放在队列本身的理解上。

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一、队列的概念

1.普通队列

队列是一种特殊的线性表。其特点为：(数据)先进先出；在队头进行数据的删除，在队尾进行数据的插入。

队列最主要的作用就是用来缓存数据，比方说串口接收数据，我们一般定义一个数组来存储数据，但是假如串口数据频率很快，可能这个数组里存储的数据还没处理完，下一组串口数据又过来了，那么这时候数组里的数据就会被新数据覆盖，导致老的数据丢失。像这种就可以通过队列的方式来处理，每收到一个字节数据都先入列，然后应用程序同步解析处理，根据队列先进先出的规则，那么老的数据就不会被新的数据“插队”了。
基于这种缓存数据的技术，可以灵活应用在各种场景，比如说：
1、操作系统的消息传递
2、大数据处理

2.循环队列

有时，我们也会用到循环队列。
比如在银行拿票，如果采用普通队列，那么将不断的开辟空间，销毁空间，而这个开辟销毁的过程实际上也是很费劲的。
所以我们开发了循环队列
我们大致算一下要大概多少空间，然后固定好，之后头尾一直移动，其实际效果与队列相当，但是既节省了空间，又减少了操作。
注意：
当队列为空或队列为满时，head与tail都指向同一个地址，所以在实现时，要么判断条件为（tail->next!=head），要么可以用bool Queue
总之要有条件能将2者区分。

二、队列函数的定义及实现

1.对于队列的定义

我们使用链表来实现队列：

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;

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

2.对于队列函数的定义与实现

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);//若pq为NULL，则终止程序
	pq->head=pq->tail=NULL;
	pq->size=0;
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);	//若pq为NULL，则终止程序
	assert(!QueueEmpty(pq));//若队列为空，则终止程序
	while(pq->head)
	{
		QNode *del=pq->head;
		pq->head=pq->head->next;
		free(del);
		del=NULL;//好习惯
	}
	pq->head=pq->tail=NULL;
	pq->size=0;
}

简易销毁。

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);	//若pq为NULL，则终止程序
	QNode* newnode=(QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data=x;
	newnode->next=NULL;
	pq->size++;
	if(pq->tail==NULL)
	{
		pq->head=pq->tail=newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next=newnode;
		pq->tail=newnode;
	}
}

链表尾插。
4.

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);	//若pq为NULL，则终止程序
	assert(!QueueEmpty(pq));//若队列为空，则终止程序
	QNode* del=pq->head;
	pq->head=pq->head->next;
	free(del);
	del=NULL;//好习惯
	if(!pq->head)
	pq->tail=NULL;
	pq->size--;
}

链表头删，而又无需二级指针。

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);	//若pq为NULL，则终止程序
	assert(!QueueEmpty(pq));//若队列为空，则终止程序
	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);	//若pq为NULL，则终止程序
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);	//若pq为NULL，则终止程序
	return pq->size==0;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);	//若pq为NULL，则终止程序
	return pq->size;
}

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总结

队列与栈算是初阶数据结构中很简单的两个，它们的实现都是基于顺序表与链表的基础上，而又不像树那样需要新的逻辑结构。
总之，它们很简单，但是也很实用，对于数据结构后期的学习很有帮助。
望诸君都能熟练掌握。