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 🔥 个人专栏:《速学数据结构》 《C语言进阶篇》

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📋 前言

  🌈hello！ 各位宝子们大家好啊，栈区的实现我们前面已经讲了，而栈和队列都是特殊的线性表，今天我们就来看看队列是怎么实现的！
  ⛳️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)的特点。
  📚本期文章收录在《数据结构&算法》，大家有兴趣可以看看呐！
  ⛺️ 欢迎铁汁们 ✔️ 点赞 👍 收藏 ⭐留言 📝！

一、 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)，其实理解起来很简单就像我们排队一样先排队的像打到饭然后出队列。

• 而队列的主要操作就是下面俩条：
• 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

二、 队列的实现

队列其实也可以用我们学过的数组或者链表实现但是，用数组的话头删要把整个尾部的数据拉过来覆盖前面消耗太大了。所以我们选择使用链表实现出队列头删的时候只要是否头结点到下一个节点就好了。

• 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
• 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

2.1 队列的结构

那么队列的结构该如何定义呢？首先我们选择用链表来实现队列肯定要先定义一个单链表来进行连接和存放数据：

• 而队列又需要获取头部和尾部的数据所以：
• 又需要定义一个头指针和尾指针来指向链表的头和尾。
• 还要获取队列长度怎么办呢?
• 那就在定义一个 size 来记录队列的长度就可以非常简单的解决问题了

📚 代码演示：

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

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;

2.2 队列的初始化

队列的初始化，刚开始的时候队列什么数据都没有所以 head 和 tail 他们指向空就好了。

• size 目前也没有数据初始化为零可以了
• 还要注意传进来的是否为空指针

📚 代码演示：

// 初始化队列 
void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

2.3 队尾入队列

入队列就很简单了，每次需要了就去 malloc 一个节点然后尾插到 队列后面就好了。

• 但是也要注意一种情况：
• 一个是队列为空是的插入

📚 代码演示：

// 队尾入队列 
void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

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

	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

2.4 对头出队列

出队列就简单了，先判断一下队列是否为空。为空就直接返回

• 不为空就直接 free（） 掉前一个节点，然后 front 向前走到下一个节点
• 还要考虑最后一个节点的时候删除怎么办
• 然后 size-- 数据不要忘记了

📚 代码演示：

void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}

	pq->size--;
}

2.5 获取队列头部元素

由于我们已经定义了一个头指针，所以直接找到 front 里面存放的元素返回就OK了，是不是非常简单。

📚 代码演示：

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

2.6 获取队列队尾元素

队尾元素可对头是一样的，先判断指针是否为空，和队列是否为空。

📚 代码演示：

// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

2.7 获取队列中有效元素个数

大家看到这个是不是觉得就是小卡拉米，一下就搞定了：

• 前面我们定义了一个 size 用来记录队列的元素这个时候就派上用场了。

📚 代码演示：

// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

2.8 判断队列是否为空

大家想一想什么时候队列尾空呢？是不是只有 front == break 的时候才为空啊！

• 因为只有这样 队列的数据是一个都没存储的

📚 代码演示：

// 检测队列是否为空，如果为空返回非零false，如果非空返回true
bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

2.9 销毁队列

销毁队列就和以前一样了，先把每个节点都用循环销毁了。在把俩个队列指针置空

• 数据有效个数szie为0 ，这样就可以销毁队列了

📚 代码演示：

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

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

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

📝全篇总结

☁️ 好啦以上就是队列实现的全部过程了，相比较链表来说这些更像是链表的扩展只要链表掌握的好这些都是非常简单的！
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