【数据结构】队列（顺序存储结构、链式存储结构） C语言例程

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队列（queue）是只允许在一段进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。具有先进先出的特点，允许插入的一段称为队尾，允许删除的一端称为队头。

队列的顺序存储结构

顺序存储的不足

首先建立一个长度为n的数组，队列中存储的数据不大于n。在队列中添加一个元素入下图所示

在队尾后追加一个元素，即可。那么删除一个元素呢？在队头出删除一个元素后，前面会空出一个位置，因此将后面的元素均向前移动一位。

但是这样会随着队列中的数据越来越多，而使得每次删除一个元素，都需要移动全部元素，对性能影响比较大。

所以不妨可以移动队头，这样操作就简单的多。

为了避免当队列中没有元素和只有一个元素时，队头和队尾重合，不妨将队尾向后移动一位，指向最后一个元素的下一位空位置。

这样的存储方式也有很多问题，第一，当数组第5位添加一个元素时，队尾应该指向哪里？第二，随着队列的元素删除，数组前面的位置出现大量的空位置，因此引入循环队列，将数组的头和尾连接起来，这样就可以很好的处理上述问题。

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循环队列

需要注意的是，因为循环队列在队列满员时，队头和队尾是重合的，这显然和空队列时是混淆的，因此我们要保留一个空闲位置，认为此时队列已满。

现在实现循环队列的代码。

顺序存储结构如下：

#define MAXSIZE (20)
typedef struct
{
    int data[MAXSIZE]; //数组，类型为int，可自行定义
    int front; //队头-数组的下标
    int rear; //队尾
}sqQueue;

队列的初始化代码：

/* 初始化为空队列 */
void InitQueue(sqQueue *Q)
{
    Q->front = 0;
    Q->rear = 0;
}

计算队列的长度：

思路：

（1）当队尾rear大于等于队头front时，队列的长度等于rear - front；
（2）当队尾rear小于队头front时，队列的长度等于rear + MAXSIZE - front。

/* 返回队列的长度 */
int GetQueueLength(sqQueue Q)
{
    return (MAXSIZE + Q.rear - Q.front) % MAXSIZE;
}

入队操作如下：

/*********************************************\
*function: 入队列，将一个数据放入队列中
*input: int data - 数据
*output: sqQueue *Q - 队列指针
*return: bool - 布尔遍历（TRUE，FALSE）
\*********************************************/
bool PutQueue(sqQueue *Q, int data)
{
    assert(Q != NULL); //检查Q是否为空指针
    if ((Q->rear + 1) % MAXSIZE == Q->front) //是否满员
    {
        return FALSE;
    }

    Q->data[Q->rear] = data; //存入数据

    Q->rear = (Q->rear + 1) % MAXSIZE; //队尾rear向后移一位

    return TRUE;
}

出队操作如下：

/*********************************************\
*function: 出队列，从队列中取出一个数据
*input: sqQueue *Q - 队列指针
*output: int data - 数据
*return: bool - 布尔遍历（TRUE，FALSE）
\*********************************************/
bool GetQueue(sqQueue *Q, int *data)
{
    assert(Q != NULL);
    if (Q->rear == Q->front) //是否为空队列
    {
        return FALSE;
    }

    *data = Q->data[Q->front]; //将队头数据赋给*data
    Q->front = (Q->front + 1) % MAXSIZE; //队头front向后移一位

    return TRUE;
}

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队列的链式存储结构

队列的链式存储结构，其实就是线性表的单链表，只不过它只能尾进头出而异，我们把他们简称为链队列。我们将队头指向链表的头结点，队尾指向链表的终端结点。

链表操作可以参考线性表总结（顺序存储、链表）

存储结构图如下：

当队列为空时，front和rear均指向头结点。

入队

入队操作如下：

bool PutQueue_Link(LinkQueue *Q, int data)
{
    QNode *s = (QNode *)malloc(sizeof(QNode));
    if (NULL == s)
    {
        return FALSE;
    }
    s->data =  data; //新结点赋值
    s->next = NULL;

    Q->rear->next = s; //当前队列尾结点的next指向新结点
    Q->rear = s; //将新结点作为队列的尾结点

    return TRUE;
}

出队

出队操作如下：

bool GetQueue_Link(LinkQueue *Q, int *data)
{
    QNode *p;
    if (Q->front == Q->front) //空队列
    {
        return FALSE;
    }

    p = Q->front->next;
    *data = p->data; //队头数据赋给*data
    Q->front->next = p->next;

    if (Q->rear == p) //如果原队列只有一个元素，则将队尾指针指向头结点
    {
        Q->rear = Q->front;
    }

    free(p); //删除结点
    return TRUE;
}