数据结构—队列的实现

前言：上次我们已经学习了数据结构中一个重要的线性表—栈，那么我们这一次就来学习另外一个重要的线性表—队列。

目录：

一、
队列的概念
二、
队列的实现：
1.队列的创建
三、
队列的操作
1.初始化队列
2.队尾入队列
3.队头出队列
4.获取队列头部元素
5.获取队列队尾元素
6.获取队列中有效元素个数
7.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
8.销毁队列
四、
完整代码展示

队列的概念

队列的概念及结构：队列：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FIFO(First In First Out) 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。

队列的实现

队列也可以数组和链表的结构实现，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。

我们用三个文件来完成对它的操作。

队列的创建：

typedef int QDataType;
// 链式结构：表示队列
typedef struct QueueNode
{
	QDataType val;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

// 队列的结构
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

队列的实现：

队列的初始化：

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

队列里的头和尾都为空。

队尾入队列：

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

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->ptail == NULL)
	{
		pq->ptail = pq->phead = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

如果我们的队尾元素为空，那么我们的队尾就是newnode，如果我们的队尾不为空，我们的ptail的下一个指向newnode，现在的队尾就为newnode。

队头出队列：

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	// 
	assert(pq->phead);

	QNode* del = pq->phead;
	pq->phead = pq->phead->next;
	free(del);
	del = NULL;

	if (pq->phead == NULL)
		pq->ptail = NULL;

	pq->size--;
}

如果我们直接删除队头元素那么我们就无法访问下一个元素，所以我们先把队头元素保存起来，让现在的队头元素为原来队头元素的下一个元素，在给原来的队头元素删除。

获取队列头部元素：

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

	return pq->phead->val;
}

获取队列队尾元素：

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

	return pq->ptail->val;
}

获取队列中有效元素个数：

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

	return pq->size;
}

size就是我们有效元素的个数，这里返回size就可以了。

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)
{
	assert(pq);

	return pq->phead == NULL;
}

队列为空返回0，不为空返回非0，后面测试代码的循环条件就是不为0，就输出，为0就跳出循环。

销毁队列：

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

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

	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

完整代码展示：

Queue.h：

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

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType val;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);

Queue.c：

#include"Queue.h"

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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

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

	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->ptail == NULL)
	{
		pq->ptail = pq->phead = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	// 
	assert(pq->phead);

	QNode* del = pq->phead;
	pq->phead = pq->phead->next;
	free(del);
	del = NULL;

	if (pq->phead == NULL)
		pq->ptail = NULL;

	pq->size--;
}

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

	return pq->phead->val;
}

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

	return pq->ptail->val;
}

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

	return pq->phead == NULL;
}

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

	return pq->size;
}

代码测试：
test.c:

#include"Queue.h"
int main()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);

	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}

	QueueDestroy(&q);

	return 0;
}

这里我们先入队1,2，3，队头就是1，队尾就是3，我们在出队，先输出1，在把1出队，这样我们就访问2，在输出2之后把2出队，入队4,5，如果我们的队列不为0就输出3,4，5。最后输出的结果如下图：

相信大家一定可以完美的拿捏队列，感谢各位小伙伴的支持，我们下期再见！