＜数据结构----队列(C语言版)＞

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前言

前言

本博客内容为数据结构中的一种类型----队列，大概讲解一下队列的概念，以及队列该如何去实现。

1. 队列的概念

队列是一种只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有 先进先出 (First In First Out)的原则。

队列有两种基本操作：

入队列：进行插入操作的一端称为队尾
出队列：进行删除操作的一端称为队头

2. 队列的实现

队列也可以使用数组或链表的结构来实现，但是使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。

链式结构：表示队列

typedef int QDataType;

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

队列的结构

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

初始化队列

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

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

队尾入队列

void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);

	newnode->data = data;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->head == NULL && pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

队头出队列

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

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

获取队列头部元素

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

获取队列队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

获取队列中有效元素个数

size_t QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	size_t size = 0;
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

检测队列是否为空

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

	return pq->head == NULL;
}

销毁队列

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

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

3. 队列的使用

我们来建立一个test函数来测试一下，这需要调用之前我们所定义的相关函数。

void test()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);

	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}

	QueueDestroy(&q);
	printf("\n");
}

4. 完整源码

Queue.h

#pragma once

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

typedef int QDataType;

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

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

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* pq);
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* pq);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* pq);
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* pq);
// 获取队列中有效元素个数 
size_t QueueSize(Queue* pq);
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0 
bool QueueEmpty(Queue* pq);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* pq);

Queue.c

#include "Queue.h"

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

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);

	newnode->data = data;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->head == NULL && pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

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

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

size_t QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	size_t size = 0;
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

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

	return pq->head == NULL;
}

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

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

test.c

#include "Queue.h"

void test()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);

	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}

	QueueDestroy(&q);
	printf("\n");
}

int main()
{
	test();

	return 0;
}