【数据结构】【王道】【栈与队列】链式队列的实现及基本操作（带头结点）（可直接运行）

总目录

1.基本实现

1.1 结构体构造

typedef struct LinkNode {   // 链式队列结点
    int data;   // 数据域
    struct LinkNode *next;  // 指针域
} LinkNode;

typedef struct {    // 链式队列
    // 如果不设置尾指针，若要插入，遍历到队尾再插入，时间复杂度O(n)
    LinkNode *front, *rear; // 队列的队头和队尾指针
} LinkQueue;

1.2 初始化

// 初始化（带头结点）
void InitQueue(LinkQueue &Q) {
    // 初始时为头结点分配空间，并令头指针、尾指针都指向头结点
    Q.front = Q.rear = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
    // 将头结点指针域置空
    Q.front->next = NULL;
}

1.3 判空

// 判断队列是否为空
bool Empty(LinkQueue Q) {
    // 头指针与尾指针指向同一地址（头结点即表示队列为空）
    // 或者也可以根据Q.front->next = NULL来进行判定
    if(Q.front == Q.rear) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

1.4 入队

// 入队
bool EnQueue(LinkQueue &Q, int x) {
    // 申请分配空间
    LinkNode *s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
    // 内存分配失败的情况
    if(s == NULL) {
        return false;
    }
    // 将数据赋值给数据域
    s->data = x;
    // 由于队列必定在队尾插入，所以指针域要设为NULL
    s->next = NULL;
    // 入队操作
    Q.rear->next = s;
    // 修改队尾指针
    Q.rear = s;
    return true;
}

1.5 出队

// 出队操作
bool DeQueue(LinkQueue &Q, int &x) {
    // 空队的情况
    if(Q.front == Q.rear) {
        return false;
    }
    // 由于队列出队操作一定是在队头进行，所以以一临时指针指向队头结点（非头结点，是队列第一个结点）
    LinkNode *p = Q.front->next;
    // 将队头元素赋值给x
    x = p->data;
    // 令队头指针指向队头元素下一个元素
    Q.front->next = p->next;
    // 出队为最后一个结点的情况
    if(Q.rear == p) {
        // 修改尾指针，使其指向头结点，以免之后释放空间时尾指针指向未知地点
        // 同时，也表示此队列已是空队列
        Q.rear = Q.front;
    }
    // 释放空间
    free(p);
    return true;
}

1.6 获取队头元素的值

// 获取队头元素的值
bool GetHead(LinkQueue Q, int &x) {
    // 空队的情况
    if(Q.front == Q.rear) {
        return false;
    }
    // 将队头元素赋给引用变量x
    x = Q.front->next->data;
    return true;
}

1.7 输出队列中所有元素

// 输出队列中所有元素
// 由于队列只能在队头出队，所以只能将所有元素出队输出
void PrintQueue(LinkQueue Q) {
    if(Empty(Q)) {
        printf("the queue is empty!\n");
    }
    while(!Empty(Q)) {
        int x;
        DeQueue(Q, x);
        printf("dequeue:%d\n", x);
    }
}

2.完整代码

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

typedef struct LinkNode {   // 链式队列结点
    int data;   // 数据域
    struct LinkNode *next;  // 指针域
} LinkNode;

typedef struct {    // 链式队列
    // 如果不设置尾指针，若要插入，遍历到队尾再插入，时间复杂度O(n)
    LinkNode *front, *rear; // 队列的队头和队尾指针
} LinkQueue;

// 初始化（带头结点）
void InitQueue(LinkQueue &Q) {
    // 初始时为头结点分配空间，并令头指针、尾指针都指向头结点
    Q.front = Q.rear = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
    // 将头结点指针域置空
    Q.front->next = NULL;
}

// 判断队列是否为空
bool Empty(LinkQueue Q) {
    // 头指针与尾指针指向同一地址（头结点即表示队列为空）
    // 或者也可以根据Q.front->next = NULL来进行判定
    if(Q.front == Q.rear) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

// 入队
bool EnQueue(LinkQueue &Q, int x) {
    // 申请分配空间
    LinkNode *s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
    // 内存分配失败的情况
    if(s == NULL) {
        return false;
    }
    // 将数据赋值给数据域
    s->data = x;
    // 由于队列必定在队尾插入，所以指针域要设为NULL
    s->next = NULL;
    // 入队操作
    Q.rear->next = s;
    // 修改队尾指针
    Q.rear = s;
    return true;
}

// 出队操作
bool DeQueue(LinkQueue &Q, int &x) {
    // 空队的情况
    if(Q.front == Q.rear) {
        return false;
    }
    // 由于队列出队操作一定是在队头进行，所以以一临时指针指向队头结点（非头结点，是队列第一个结点）
    LinkNode *p = Q.front->next;
    // 将队头元素赋值给x
    x = p->data;
    // 令队头指针指向队头元素下一个元素
    Q.front->next = p->next;
    // 出队为最后一个结点的情况
    if(Q.rear == p) {
        // 修改尾指针，使其指向头结点，以免之后释放空间时尾指针指向未知地点
        // 同时，也表示此队列已是空队列
        Q.rear = Q.front;
    }
    // 释放空间
    free(p);
    return true;
}

// 获取队头元素的值
bool GetHead(LinkQueue Q, int &x) {
    // 空队的情况
    if(Q.front == Q.rear) {
        return false;
    }
    // 将队头元素赋给引用变量x
    x = Q.front->next->data;
    return true;
}

// 输出队列中所有元素
// 由于队列只能在队头出队，所以只能将所有元素出队输出
void PrintQueue(LinkQueue Q) {
    if(Empty(Q)) {
        printf("the queue is empty!\n");
    }
    while(!Empty(Q)) {
        int x;
        DeQueue(Q, x);
        printf("dequeue:%d\n", x);
    }
}

int main() {
    LinkQueue Q;
    InitQueue(Q);
    PrintQueue(Q);
    int x;
    EnQueue(Q, 3);
    GetHead(Q, x);
    printf("enqueue:%d\n", x);
    x = 5;
    EnQueue(Q, x);
    printf("enqueue:%d\n", x);
    x = 7;
    EnQueue(Q, x);
    printf("enqueue:%d\n", x);
    PrintQueue(Q);
}

3.运行结果