C语言--数据结构： 队列

队列是先进先出结构，与栈的先进后出相反，但思路一样不是很难。

队列的应用：

• 任务调度： 操作系统中使用队列来进行任务调度，如进程调度、I/O请求等。
• 消息传递： 在网络通信中使用队列来传递消息。
• 广度优先搜索（BFS）： 在图的遍历中使用队列来实现广度优先搜索算法。
• 缓存管理： 缓存中的数据通常按照队列的原则进行管理，最早进入缓存的数据最先被淘汰。

一、原理

队列的插入删除就如上图所示，结构的选择可以是链表有也可以是数组--顺序表。但是顺序表每删除一个数据就要对其余数据进行挪动，时间复杂度更大，所以我选择用链表讲解。

二、实现

我们使用不带头不循环单链表。

typedef int QListDataNode;
typedef struct QListNode
{
	QListDataNode data;//数据
	struct QListNode* next;//指向下一个节点的指针
}QListNode;
typedef struct QList
{
	QListNode* phead;//头指针
	QListNode* ptail;//尾指针
	int size;//大小
}QList;

我在这里又创建了一个结构体，来包括头指针，和尾指针，方便插入删除。

队列的访问，只访问头元素和末尾元素。所以加了size这个成员，可以让我们在写返回数据个数的时候直接返回size而不需要遍历链表，更加高效，如果对队列有什么需求都可以直接加在这个结构体里面，很方便。

链表的队列插入是尾插，删除是头删。可以避免头插、尾删时的遍历链表找尾节点的前一个节点，从而节约时间。

队列的代码除了插入和删除，也是十分简单。

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

typedef int QListDataNode;
typedef struct QListNode
{
	QListDataNode data;
	struct QListNode* next;
}QListNode;
typedef struct QList
{
	QListNode* phead;
	QListNode* ptail;
	int size;
}QList;
//初始化队列
void QInit(QList* Q);
//销毁队列
void QDestory(QList* Q);
//尾插入队列
void QPush(QList* Q, QListDataNode x);
//头删出队列
void QPop(QList* Q);
//返回队列头元素
QListDataNode QFront(QList* Q);
//返回队列尾元素
QListDataNode QBack(QList* Q);
//返回队列大小
int QSize(QList* Q);
//判断队列是非为空
int QEmpety(QList* Q);


void QInit(QList* Q)
{
	assert(Q);
	Q->size = 0;
	Q->phead = Q->ptail = NULL;
}

void QDestory(QList* Q)
{
	assert(Q);
	while (!QEmpety(Q))
	{
		QPop(Q);
	}

}

void QPush(QList* Q, QListDataNode x)
{
	assert(Q);
	QListNode* tmp = (QListNode*)malloc(sizeof(QListNode));
	tmp->next = NULL;
	tmp->data = x;
	if (Q->phead == NULL)
	{
		Q->phead = Q->ptail = tmp;
	}
	else
	{
		Q->ptail->next = tmp;
		Q->ptail = Q->ptail->next;
	}
	Q->size++;
}

void QPop(QList* Q)
{
	assert(Q);
	if (QEmpety(Q))
	{
		return;
	}
	if (Q->phead == Q->ptail)
	{
		free(Q->phead);
		Q->phead = Q->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		QListNode* tmp = Q->phead;
		Q->phead = Q->phead->next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
	}
	Q->size--;
}

QListDataNode QFront(QList* Q)
{
	assert(Q);
	return Q->phead->data;
}

QListDataNode QBack(QList* Q)
{
	assert(Q);
	return Q->ptail->data;
}

int QSize(QList* Q)
{
	assert(Q);
	return Q->size;
}

int QEmpety(QList* Q)
{
	assert(Q);
	return Q->size == 0;
}


int main()
{
	QList Q;
	QInit(&Q);
	QPush(&Q, 1);
	QPush(&Q, 2);
	QPush(&Q, 3);
	QPush(&Q, 4);
	QPush(&Q, 5);
	while (!QEmpety(&Q))
	{
		printf("%d %d\n", QFront(&Q), QSize(&Q));
		QPop(&Q);
	}
	QDestory(&Q);
	return 0;
}

通过本文的介绍，读者应该对队列的概念、特性、实现方式以及在C语言中的应用有了更深入的了解。队列作为一种重要的数据结构，在算法和系统设计中具有广泛的应用。掌握队列的原理和基本操作，将有助于读者更好地理解和应用队列这一重要数据结构。

参考资料：

• GeeksforGeeks - Queue Data Structure: Queue Data Structure - GeeksforGeeks