【C语言】实现队列

news2024/12/26 0:04:57

（一）队列

（二）头文件

（三）功能实现

（1）初始化

（2）销毁队列

（3）入队

（4）出队

（5）得到队头的数据

（6）得到队尾的数据

（7）判断队列是否为空

（8）得到队列内数据个数

正文开始：

（一）队列

        队列是一种数据结构，其中元素按照先进先出（FIFO）的顺序进行操作。在队列中，新元素被插入到队列的尾部，而删除元素发生在队列的头部。

        队列可以用于处理任务或事件的顺序，例如处理请求、消息传递等。可以将任务或事件放入队列的尾部，并按照它们被放入队列的顺序进行处理。

        队列的常见操作包括入队（向队列尾部添加元素）、出队（从队列头部删除元素）、获取队列头部的元素（但不删除）、判断队列是否为空等。

        队列可以用数组或链表实现。使用数组实现的队列称为顺序队列，使用链表实现的队列称为链式队列。顺序队列的插入和删除操作会涉及元素的移动，而链式队列不需要移动元素，因此插入和删除操作的时间复杂度都是O(1)。

（二）头文件

队列可以使用链表实现，也可以使用顺序表实现，但是队列需要频繁的头删，顺序表的头删效率低，由于队列规定了队头出，队尾进，所以顺序表的随机访问功能在队列中用不到；而链表的头删与尾插效率高，适合实现队列，因此本文用链表实现队列。

什么是SLT？

SLT库

        STL（Standard Template Library）是C++的标准库，提供了一组通用数据结构和算法的模板，可以方便地用于各种应用程序的开发。

        STL包含了多个模块，其中最重要的被称为容器（Containers）、算法（Algorithms）和迭代器（Iterators）。

        容器模块包括了多种数据结构，如向量（vector）、链表（list）、队列（queue）、栈（stack）、集合（set）、映射（map）等。这些容器提供了不同的数据组织方式和操作，可以根据需要选择合适的容器进行数据存储和访问。

        算法模块包含了多种常用算法，如排序、查找、合并、遍历等。这些算法可以用于各种数据结构上，无需重复实现，只需直接调用相应的算法函数即可。

        迭代器模块提供了一种通用的访问容器元素的方式，通过迭代器可以遍历容器中的元素，并进行读取、修改等操作。迭代器相当于一个指针，可以指向容器中的某个位置，通过迭代器可以直接访问容器中的元素。

本文根据Cpp的STL库来实现队列（Queue）的相关功能：包括队列初始化，销毁，向队列中插入数据（入队），删除数据（出队），得到队列的头数据（front），得到队列的尾数据（tail），判断队列是否为空，得到队列内数据个数等共八项功能接口。

这里不加解释的给出头文件，根据头文件来实现队列的具体功能：

#pragma once

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

/*		基于链表实现队列，入数据的为队尾，出数据的为队头
 *		顺序表实现队列头删效率低
 *		顺序表的随机访问队列中用不到
 *		所以选择用链表实现队列
*/
//队列存储数据类型
typedef int QueueDatatype;

//队列的一个节点
typedef struct QueueNode
{
	QueueDatatype data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

//一个队列
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;//指向队列头的指针
	QNode* ptail;//指向队列尾的指针
	int size;    //队列内数据个数
}Queue;

//初始化队列
void Qinit(Queue* pq);

//销毁队列
void QDestroy(Queue* pq);

//向队列插入数据
void Qpush(Queue* pq,QueueDatatype x);

//删除队列的数据
void Qpop(Queue* pq);

//得到front数据
QueueDatatype Qfront(Queue* pq);

//得到tail数据
QueueDatatype Qback(Queue* pq);

//判断队列是否为空
bool Qempty(Queue* pq);

//得到队列内数据个数
int Qsize(Queue* pq);

（三）功能实现

（1）初始化

队列初始化

首先函数接收的指针不能是空指针（若是空，无法进行解引用操作），可以通过assert断言实现；

将队列的头尾指针都置空，表示此时队列内没有任何数据，数据个数（size）置0；
//初始化队列
void Qinit(Queue* pq)
{
	assert(pq);

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

（2）销毁队列

销毁队列

首先函数接收的指针不能是空指针（若是空，无法进行解引用操作），可以通过assert断言实现；

创建pcur指针，遍历链表；

创建next指针，保存下一个节点，防止释放此节点后，无法解引用找到下一个节点；

最后，分别指向队头与队尾的phead与ptail指针要置空；
//销毁队列
void QDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->ptail = pq->phead = NULL;
}

（3）入队

入队

首先函数接收的指针不能是空指针（若是空，无法进行解引用操作），可以通过assert断言实现；

入队时，队列有两种状态：

若队列为空（此时队头队尾都为空），让头指针和尾指针都指向新节点newnode；

若队列不为空，执行尾插；

不要忘记让队列的size++；
//向队列插入数据
void Qpush(Queue* pq, QueueDatatype x)
{
	assert(pq);

	//获取新节点
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//队列为空，此时队头队尾都为空
	if (pq->phead == NULL)
	{
		assert(pq->ptail == NULL);//防止一个为NULL一个不为NULL的情况

		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else//队列不为空，尾插
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	//队列节点数加一
	pq->size++;
}

（4）出队

出队

首先函数接收的指针不能是空指针（若是空，无法进行解引用操作），可以通过assert断言实现；

判断队列不为空，通过assert断言实现；

执行头删，创建next指针保存phead的next节点，freephead后，通过next找到新的头节点；

不要忘记队列的size--；
//删除队头的数据
void Qpop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!Qempty(pq));
	
	QNode* next = pq->phead->next;
	free(pq->phead);
	pq->phead = next;
	pq->size--;
}