数据结构【队列】

队列的的概念

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的头部进行删除操作，而在表的尾部进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时，称为空队列。

队列的特点

1. 先进先出：这是队列最大的特点，队列中所有的元素都遵循先进先出的原则进行管理数据，最先入队列的一定会最先出队列。
2. 受限访问：队列操作数据时，只能对队头或者队尾进行操作。入队（插入数据）只会在队尾进行，出队（删除数据）只会在对头进行。
3. 高效：进行删除和插入数据，最坏情况下的时间复杂度是O(1)。

队列的接口实现

队列可以使用数组和链表来实现，但是链表实现起来更清晰。

队列的结构

typedef int QUEDATATYPE;typedef struct QueueNode
{QUEDATATYPE data;struct QueueNode* next;
}QUENODE;

但是这样有个问题，我每次插入都要找尾节点，这样就太慢了，所以我们就用两个指针来解决这个问题，一个指针指向队列的头节点，一个用来指向队列的尾节点。

typedef int QUEDATATYPE;typedef struct QueueNode
{QUEDATATYPE data;struct QueueNode* next;
}QUENODE;typedef struct Queue
{QUENODE* phead;QUENODE* ptail;int size;
}Queue;

队列的初始化

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

入队

入队操作在尾部进行

这里有有两个情况，队列为空与非空。

• 为空的话，就直接将新节点赋给phead和ptail。
• 非空，将ptail的next指针指向新节点，再更新ptail。

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QUEDATATYPE x)
{assert(pq);if (pq->phead == NULL){QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));if (Node == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}Node->data = x;Node->next = NULL;pq->phead = pq->ptail = Node;}else{QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));if (Node == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}Node->data = x;Node->next = NULL;pq->ptail->next = Node;pq->ptail = Node;}pq->size++;
}

出队

出队操作在队头进行

出队同样也有两种情况，只剩下一个节点和多个节点。

• 只有一个节点：也就是只有头节点了，直接将头节点释放掉就好了。
• 多个节点：将头节点释放，更新头节点

//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq && pq->size > 0);if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else{QUENODE* tmp = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;free(tmp);tmp = NULL;}pq->size--;
}

获取队头元素

// 获取队头元素 
QUEDATATYPE QueueHead(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->phead->data;
}

判空

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}

获取栈中有效元素个数

// 获取栈中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

销毁队列

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{QUENODE* tmp = pq->phead;while (tmp){pq->phead = pq->phead->next;free(tmp);tmp = pq->phead;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

完整代码

Queue.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>typedef int QUEDATATYPE;typedef struct QueueNode
{QUEDATATYPE data;struct QueueNode* next;
}QUENODE;typedef struct Queue
{QUENODE* phead;QUENODE* ptail;int size;
}Queue;//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QUEDATATYPE x);
//出队
void QueuePop(Queue* pq);
// 获取队头元素 
QUEDATATYPE QueueHead(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
// 获取栈中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

Queue.c

#include"Queue.h"//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}//入队
void QueuePush(Queue* pq, QUEDATATYPE x)
{assert(pq);if (pq->phead == NULL){QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));if (Node == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}Node->data = x;Node->next = NULL;pq->phead = pq->ptail = Node;}else{QUENODE* Node = (QUENODE*)malloc(sizeof(QUENODE));if (Node == NULL){perror("malloc fail");exit(1);}Node->data = x;Node->next = NULL;pq->ptail->next = Node;pq->ptail = Node;}pq->size++;
}//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq && pq->size > 0);if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else{QUENODE* tmp = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;free(tmp);tmp = NULL;}pq->size--;
}// 获取队头元素 
QUEDATATYPE QueueHead(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->phead->data;
}//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}// 获取栈中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{QUENODE* tmp = pq->phead;while (tmp){pq->phead = pq->phead->next;free(tmp);tmp = pq->phead;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

结语

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