详解数据结构之队列、循环队列(源码)

详解数据结构之队列、循环队列(源码)

队列属于线性表

队列：就好比如，我们在排队买东西时排队，第一个先来的第一个买，最后一个到的最后一个买，这里的队列也是满足先进先出，后进后出的规律（First In First Out），允许插入数据的一端叫做队头简称入队列，允许删除数据的一端叫做队尾简称出队列。

队列的存储形式：

• 顺序存储结构，实现循环队列 ，队列长度时固定的

• 链式存储结构，实现不循环队列，队列长度理论上是无限大的

两种存储结构实现的队列复杂度：

• 时间复杂度 O(1)
• 空间复杂度 O(1)

队列

使用链式结构实现的队列，其基本结构类似于单链表。使用next指针将每一个节点链接。主要区别在于没有使用一个指针来指向节点，这里定义了两个指针指针单链表，一个phead指针指向单链表的头，一个ptail指针指向单链表的尾。

单链表的头为队列的队头，单链表的尾为队列的队尾。

有了指针指向链表的最后一个节点，就不再需要使用循环遍历到链表的最后一个节点，将入栈的时间复杂度从O(N)优化到O(1)。

typedef int QueueDataType;
typedef struct QueueNode//节点
{
   
	QueueDataType val;
	struct QueueNode* next;

}QueueNode;
struct Queue
{
   
	QueueNode* phead;//指向队头的指针
	QueueNode* ptail;//指向队尾的指针
	int size;//统计单链表的节点个数
};
typedef struct Queue Queue;

功能实现

//初始化
void QueueInit(Queue* p);
//销毁
void QueueDestory(Queue* p);
//入队列，队尾,不就是尾插
void QueuePush(Queue* p, QueueDataType x);
//出队列，队头
void QueuePop(Queue* p);
//取队头数据
QueueDataType QueueFront(Queue* p);
//取队尾数据
QueueDataType QueueBack(Queue* p);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* p);
//获取有效数据个数
int QueueSize(Queue* p);

初始化、销毁

初始化

初始化指向队列的两个指针，和对统计节点个数大小的size，由于传递的是地址就不需要返回值。

//初始化
void QueueInit(Queue* p)
{
   
	assert(p);
	p->phead = p->ptail = NULL;
	p->size = 0;
}

销毁

将队列的节点一一销毁，其操作逻辑与单链表相似。

销毁链表，需要对每一个节点进行释放，而只使用一个指针pcur，释放当前的节点就找不到下一个节点了，这里需要使用两个指针。

一个指针用来释放（pcur），一个指针用来指向待释放之后的节点（next）。

当释放完pcur节点后，更新pcur的位置 pcur = next;，用来释放下一个节点，next指针也需要更新用来指向下一个节点 next = pcur->next;，用来对pcur进行更新。直到pcur指向空指针时释放完所有节点，跳出循环。而 phead和ptail指针，还没有置为空，这时候时野指针，最后一步 p->phead = p->ptail = NULL;。

void QueueDestory(Queue* p)
{
   
	assert(p);
	QueueNode* pcur = p->phead;
	while (pcur)
	{
   
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	p->phead = p->ptail = NULL;
	p->size = 0;
}

判空

判断队列的节点是否为空并返回一个布尔值。

如上对队列的初始化，两个头尾指针指向的都为空，此时队列就是空，队列为空返回true，不为返回false。

函数起始别忘了对指针p判空，为空则说明队列不存在了。

//判空
bool QueueEmpty(Queue* p)
{
   
	assert(p);
	return p->ptail == NULL && p->phead == NULL;
}

入队列、出队列

入队列

想要进行尾插首先得有一个指针指向最后一个节点，然后将创建的新节点插入到该节点后面，最后更新ptail指针指向的位置

入队列有两种情况：

• 队列为空

此时phead和ptail都指向空，插入一个新节点，phead和ptail均指向它。

• 队列不为空

在ptail指针后插入一个新节点，通过节点的next指针连接，然后更新ptail指针，让其指向新的尾。

最后别忘了将统计节点个数的size加1。

//入队列，队尾,不就是单链表的尾插
void QueuePush(Queue* p, QueueDataType x)
{
   
	assert(p);

	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));//创建新节点
	if (newnode == NULL)//判空，有无开辟成功
	{
   
		perror("malloc");
		return;
	}
	newnode->val = x;//赋值
	newnode->next = NULL;
	
	if (p->phead == NULL)//phead和ptail为空时
	{
   
		p->phead = p->ptail = newnode;
	}
	else//两者不为空
	{
   
		p->ptail->next = newnode;
		p->ptail = newnode;
	}
	p->size++;//别忘了记录新加入的节点
}

出队列

出队列的逻辑并不复杂，前提是指针p不为空，为空则说明队列不存在、队列不为空，为空则说明没有节点可删，接下来就是对空指针解引用。

它同样分为两种情况：

• 只有一个节点

即phead和ptail指向同一个节点时，将该节点释放，然后将phead和ptail指针指向空。

• 有许多个节点

一，保存phead之后的节点 QueueNode* Next = phead->next;二，然后释放第一个节点 free(phead);三，最后将 Next 赋给 phead，更新头节点的位置。

最后将size减1。

//出队列，队头,这不就是单链表的头删吗
void QueuePop(Queue* p)
{
   
	assert(p);
	assert(!QueueEmpty(p));