1. 队列的概念及结构
队列:只允许在一端进行插入数据操作,在另一端进行删除操作的特殊线性表,队列具有先进先出(FIFO)的特性.
进行插入操作的一端称为队尾;进行删除操作的一端叫做队头
队列应用于
- 解决公平性排队(抽号机)
- 广度优先遍历(BFS)
2. 队列的定义
和栈一样,队列也可以使用两种物理结构进行存储:数组存储和链表存储
但是更推荐使用链表进行实现,链表尾插头删,相比于数组尾插头删所消耗的时间要小很多
注: 如果实现循环队列,更推荐使用数组
-
单链表实现队列的头删尾插图示:
-
队列的链式实现
typedef int QDataType;
// 链式结构表示队列
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* next;
QDataType data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* front; //指向队列头
QNode* rear; //指向队列尾
int size; //记录队列的元素个数
}Queue;
- 队列的每个结点使用链表结点
- 同时,在单链表的基础上,队列还多加了两个指针指向头尾,方便使用 O ( 1 ) O(1) O(1)的时间复杂度找到队列的头和尾,进行头删尾插
- 队列相关接口函数
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType x);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 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
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
3. 队列的实现
3.1 初始化队列 (QueueInit)
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
assert(q); //确保q合法
q->front = q->rear = NULL; //将头和为置为 NULL
q->size = 0;
}
- 首先确保 q 合法
- 将队列中的成员变量初始化, 头尾指针置为 NULL, 队列的大小置为 0
3.2 队尾入队列 (QueuePush)
void QueuePush(Queue* q, QDataType x)
{
assert(q); //确保q合法
//创建新结点
QNode* newNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
newNode->data = x;
newNode->next = NULL;
//入队列
if (QueueEmpty(q))
{
//如果队列为空,直接赋值
q->front = q->rear = newNode;
}
else
{
//如果队列不为空,直接尾插
q->rear->next = newNode;
q->rear = newNode;
}
q->size++;
}
- 首先确保 q 合法
- 创建新结点
- 进行队列的尾插,分为两种情况:队列为空的时候直接赋值;队列不为空的时候正常进行尾插
3.2 队头出队列 (QueuePop)
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q); //确保q合法
assert(!QueueEmpty(q)); //确保队列不为空
if (q->size == 1)
{
//如果只有一个元素,头删的同时还要将尾指针置空
free(q->front);
q->front = q->rear = NULL;
}
else
{
//如果不止一个元素,则只头删
QNode* nextNode = q->front->next;
free(q->front);
q->front = nextNode;
}
q->size--;
}
- 首先确保 q 合法
- 分为三种情况:
- 队列为空直接返回错误
- 队列只有一个结点,头尾指针都置空
- 队列有两个及以上的结点,简单头删
3.3 获取队列头部元素 (QueueTop)
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q); //确保q合法
assert(!QueueEmpty(q)); //确保队列不为空
return q->front->data;
}
3.4 获取队列尾部元素 (QueueBack)
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q); //确保q合法
assert(!QueueEmpty(q)); //确保队列不为空
return q->rear->data;
}
3.5 获取队列大小 (QueueSize)
int QueueSize(Queue* q)
{
assert(q); //确保q合法
return q->size;
}
3.6 判断队列是否为空, 如果为空返回非0, 非空返回0 (QueueEmpyt)
int QueueEmpty(Queue* q)
{
assert(q); //确保q合法
if (q->size == 0)
{
return 1;
}
else
{
return 0;
}
}
3.7 销毁队列 (QueueDestroy)
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
while(!QueueEmpty(q))
{
QNode* nextNode = q->front->next;
free(q->front);
q->front = nextNode;
}
q->front = q->rear = NULL;
q->size = 0;
}
- 首先确保 q 合法
- 从头遍历队列,依次释放每个结点的空间,注意先要记录当前要销毁结点的下一个结点.
3.8 完整代码
Queue.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int QDataType;
// 链式结构表示队列
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* next;
QDataType data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* front; //指向队列头
QNode* rear; //指向队列尾
int size; //记录队列的元素个数
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType x);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 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
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
Queue.c
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int QDataType;
// 链式结构表示队列
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* next;
QDataType data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* front; //指向队列头
QNode* rear; //指向队列尾
int size; //记录队列的元素个数
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType x);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 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
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
test.c
#include "Queue.h"
void QueueTest1()
{
Queue queue;
QueueInit(&queue);
QueuePush(&queue, 1);
QueuePush(&queue, 2);
QueuePush(&queue, 3);
QueuePush(&queue, 4);
QueuePush(&queue, 5);
QueuePop(&queue);
QueuePop(&queue);
QueuePop(&queue);
QueuePop(&queue);
QueuePop(&queue);
QueuePop(&queue);
}
void QueueTest2()
{
Queue queue;
QueueInit(&queue);
QueuePush(&queue, 1);
QueuePush(&queue, 2);
QueuePush(&queue, 3);
QueuePush(&queue, 4);
QueuePush(&queue, 5);
QueuePush(&queue, 6);
while (!QueueEmpty(&queue))
{
fprintf(stdout, "%d ", QueueFront(&queue));
QueuePop(&queue);
}
printf("\n");
}
int main(void)
{
//QueueTest1();
QueueTest2();
return 0;
}
本章完.
