文章目录
- 一、队列
- 1. 定义
- 2. 基本操作
- 二、顺序队列
- 三、链式队列
- 0. 链表
- 1. 头文件
- 2. 队列结构体
- 3. 队列的初始化
- 4. 判断队列是否为空
- 5. 入队
- 6. 出队
- 7. 存取队首元素
- 8. 主函数
- 9. 代码整合
堆栈Stack 和 队列Queue是两种非常重要的数据结构，两者都是特殊的线性表：
- 对于堆栈，所有的插入和删除（以至几乎所有的存取）都是在表的同一端进行；
- 对于队列，所有的插入都是在表的一端进行，所有的删除（以至几乎所有的存取）都是在表的另一端进行。
一、队列
1. 定义
队列是一种操作受限的线性表，对于它的所有插入都在表的一端进行，所有的删除（以至几乎所有的存取）都在表的另一端进行，且这些操作又都是按照先进先出（FIFO）的原则进行的。进行删除的一端称为队头（front），进行插入的一端称为队尾（rear）。没有元素的队列称为空队列（简称空队）。
队列就像生活中排队购物，新来的人只能加入队尾（假设不允许插队），购物结束后先离开的总是队头（假设无人中途离队）。也就是说，先加入队列的成员总是先离开队列，因此队列被称为先进先出（First In First Out）的线性表，简称为FIFO表。如图，在空队列中依次加入元素a1，a2，a3，a4，a5，出队次序仍然是a1，a2，a3，a4，a5 .
2. 基本操作
-
队列是受限的线性表，其基本操作包括
IsEmpty(): 判断队列是否为空；isFull()：判断队列是否为满；enqueue()：向队尾添加元素（入队）；dequeue()：删除队首元素（出队）；peek()：获取队首的元素值（存取）；
-
同普通线性表一样，队列也可以用顺序存储和链接存储两种方式来实现：
二、顺序队列
参考前文：线性表（八）队列：顺序队列及其基本操作（初始化、判空、判满、入队、出队、存取队首元素）
三、链式队列
用链接存储方式实现的队列称为链式队列。队列的主要操作都在队首和队尾进行，所以链式队列应包含两个指针：队首指针front和队尾指针rear，分别存放队首和队尾结点的地址信息。链式队列中没有哨位结点。 分析链式队列的结构不难看出，当创建一个链式队列时，队列的首尾指针均为NULL。
0. 链表
参考前文：线性表（二）单链表及其基本操作（创建、插入、删除、修改、遍历打印）
1. 头文件
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
- 两个头文件
stdio.h用于输入输出操作stdlib.h用于内存分配和释放
2. 队列结构体
// 定义队列节点
typedef struct Node {
int data;
struct Node* next;
} Node;
// 定义链式队列
typedef struct Queue {
Node* front; // 队头指针
Node* rear; // 队尾指针
} Queue;
Node结构体表示队列的节点- 包含一个整数类型的数据成员
data，以及一个指向下一个节点的指针next。
- 包含一个整数类型的数据成员
Queue结构体表示链式队列- 包含两个指针成员
front和rear，分别指向队头和队尾节点。
- 包含两个指针成员
3. 队列的初始化
void initQueue(Queue* queue) {
queue->front = NULL;
queue->rear = NULL;
}
将队头和队尾指针都设置为 NULL，表示队列为空。
4. 判断队列是否为空
int isQueueEmpty(Queue* queue) {
return queue->front == NULL;
}
如果队头指针为空，即 front 为 NULL，则队列为空，返回值为 1，否则返回值为 0。
5. 入队
void enqueue(Queue* queue, int data) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = data;
newNode->next = NULL;
if (isQueueEmpty(queue)) {
queue->front = newNode;
queue->rear = newNode;
} else {
queue->rear->next = newNode;
queue->rear = newNode;
}
}
- 创建一个新的节点，并将数据存储在新节点的 data 成员中，将新节点的 next 指针设置为 NULL。
- 根据队列是否为空，将新节点插入队列的末尾。
- 如果队列为空，即队头指针和队尾指针都为空，那么将队头和队尾指针都指向新节点。
- 如果队列不为空，即队尾指针不为空，则将队尾节点的 next 指针指向新节点，并更新队尾指针为新节点。
6. 出队
int dequeue(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
Node* temp = queue->front;
int data = temp->data;
queue->front = queue->front->next;
free(temp);
if (queue->front == NULL) {
queue->rear = NULL;
}
return data;
}
dequeue 函数用于将元素出队，并返回出队的元素值。
- 判断队列是否为空
- 如果为空则打印错误信息并返回 -1。
- 如果队列不为空，则获取队头节点的数据值，然后更新队头指针为下一个节点，并释放原来的队头节点的内存空间。
- 如果队头指针更新后为空，则表示队列已经为空，将队尾指针也设置为空。
- 最后返回出队的数据值。
7. 存取队首元素
int peek(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
return queue->front->data;
}
peek 函数用于获取队列的队首元素值，但不进行出队操作。
- 判断队列是否为空
- 如果为空则打印错误信息并返回 -1。
- 如果队列不为空，则直接返回队头节点的数据值。
8. 主函数
int main() {
Queue queue;
initQueue(&queue);
enqueue(&queue, 10);
enqueue(&queue, 20);
enqueue(&queue, 30);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
enqueue(&queue, 40);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
return 0;
}
- 声明 Queue 类型的变量 queue，并调用
initQueue函数对其进行初始化； - 使用
enqueue函数将三个元素（10、20、30）依次入队； - 使用
peek函数获取队首元素并打印； - 使用
dequeue函数进行两次出队操作，并使打印出队的元素值； - 使用
peek函数获取队首元素并打印； - 使用
enqueue函数将元素 40 入队； - 使用
peek函数获取队首元素并打印。
9. 代码整合
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 定义队列节点
typedef struct Node {
int data;
struct Node* next;
} Node;
// 定义链式队列
typedef struct Queue {
Node* front; // 队头指针
Node* rear; // 队尾指针
} Queue;
// 初始化链式队列
void initQueue(Queue* queue) {
queue->front = NULL;
queue->rear = NULL;
}
// 判断链式队列是否为空
int isQueueEmpty(Queue* queue) {
return queue->front == NULL;
}
// 入队
void enqueue(Queue* queue, int data) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = data;
newNode->next = NULL;
if (isQueueEmpty(queue)) {
queue->front = newNode;
queue->rear = newNode;
} else {
queue->rear->next = newNode;
queue->rear = newNode;
}
}
// 出队
int dequeue(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
Node* temp = queue->front;
int data = temp->data;
queue->front = queue->front->next;
free(temp);
if (queue->front == NULL) {
queue->rear = NULL;
}
return data;
}
// 获取队首元素
int peek(Queue* queue) {
if (isQueueEmpty(queue)) {
printf("Error: Queue is empty\n");
return -1;
}
return queue->front->data;
}
int main() {
Queue queue;
initQueue(&queue);
enqueue(&queue, 10);
enqueue(&queue, 20);
enqueue(&queue, 30);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Dequeued: %d\n", dequeue(&queue));
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
enqueue(&queue, 40);
printf("Peek: %d\n", peek(&queue));
return 0;
}
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