数据结构之队列详解（C语言手撕）

news2024/11/15 23:22:21

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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，队列具有先进先出的性质；
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；

在这里插入图片描述队列适合用链表来实现，入队列即尾插，出队列即头删，直接改变指针指向即可
如果用数组类实现的话，需要头删，要挪动数据，效率低；

二.队列的实现

在这里插入图片描述为了方便，可以存储一个尾指针，这样尾插的时候就不需要去找尾，提高效率；
出队的时候为头删，需要改变头指针的指向，在链表的时候我们是通过二级指针来解决的，这里用一个新的方法；即将队尾指针和队头指针存放到一个结构体中，通过传结构体指针来访问头指针和尾指；同时还可以在结构体中放一个int记录队列中有效数据的个数

typedef int QueueDateType;
typedef struct QueueNode
{
	struct Queue* next;    //指向下一个的位置
	QueueDateType val;      //存储的数据
}QNode;                     //节点的结构体

typedef struct Queue
{
	QNode* plist;      //指向队头的指针
	QNode* tail;       //指向队尾的指针
	int size;           //有效数据的个数
}Que;

2.1功能函数的实现

队列一般需要这样几个功能：

  1. 初始化队列
  2. 队头入数据
  3. 队尾出数据
  4. 取队头数据
  5. 取队尾数据
  6. 获取队列中有效数据个数
  7. 判断队列是否为空
  8. 队列的销毁

1.初始化队列

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

	pq->plist = pq->tail = NULL;       //先置空处理
	pq->size = 0;

}

2.队头入数据

void QuePush(Que* pq, QueueDateType x)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode* )malloc(sizeof(QNode));    //创建一个节点
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");      //判断
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;     //将后节点置空处理
	newnode->val = x;         //赋值

	if (pq->plist == NULL)     //队列为空
	{
		pq->plist= pq->tail = newnode;
	}
	else                        //队列不为空
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;               //有效数据个数++
}

3.队尾出数据

分为两种情况处理：
第一种：队列只有一个数据时，需要处理尾指针
第二种：队列的数据个数大于1时，不需要对尾指针进行处理

void QuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->size);   //当队列为空时，不出数据

	QNode* tmp = NULL;
	if (pq->size==1)          //当队列的有效数据只有一个时，需要特殊处理
	{                          //因为出队列后，为空列表了，尾指针需要改变
		free(pq->plist);
		pq->plist = pq->tail == NULL;
	}
	else                       //队列不为空，直接头删
	{
		tmp = pq->plist->next;     //先保存下一个节点
		free(pq->plist);            //释放
		pq->plist = tmp;    
	}

	pq->size--;               //有效数据个数--;
}

4.取队头的数据

QueueDateType QueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->plist->val;   //直接返回数据
}

5.取队尾的数据

QueueDateType QueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->tail->val;    //直接返回数据
}

6.获取队列中有效数据个数

int QueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

7.判断队列是否为空

bool QueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->plist;
}

8.销毁队列

bool QueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->plist;
}

2.2总代码

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

typedef int QueueDateType;
typedef struct QueueNode
{
	struct Queue* next;
	QueueDateType val;
}QNode;

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


void QueInit(Que* pq);
void QueDestory(Que* pq);

void QuePush(Que* pq,QueueDateType x);
void QuePop(Que* pq);

QueueDateType QueFront(Que* pq);
QueueDateType QueBack(Que* pq);

int QueSize(Que* pq);
bool QueEmpty(Que* pq);

#include"Queue.h"


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

	pq->plist = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;

}

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

	QNode* cur = pq->plist;
	QNode* Next = NULL;

	while (cur)
	{
		Next = cur->next;
		free(cur);
		cur =Next;
	}
	pq->plist = pq->tail == NULL;
}

void QuePush(Que* pq, QueueDateType x)
{
	assert(pq);

	QNode* newnode = (QNode* )malloc(sizeof(QNode));    //创建一个节点
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");      //判断
		exit(-1);
	}
	newnode->next = NULL;     //将后节点置空处理
	newnode->val = x;         //赋值

	if (pq->plist == NULL)     //队列为空
	{
		pq->plist= pq->tail = newnode;
	}
	else                        //队列不为空
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;               //有效数据个数++
}

void QuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->size);   //当队列为空时，不出数据

	QNode* tmp = NULL;
	if (pq->size==1)          //当队列的有效数据只有一个时，需要特殊处理
	{                          //因为出队列后，为空列表了，尾指针需要改变
		free(pq->plist);
		pq->plist = pq->tail == NULL;
	}
	else                       //队列不为空，直接头删
	{
		tmp = pq->plist->next;     //先保存下一个节点
		free(pq->plist);            //释放
		pq->plist = tmp;    
	}

	pq->size--;               //有效数据个数--;
}

QueueDateType QueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->plist->val;   //直接返回数据
}
QueueDateType QueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->tail->val;    //直接返回数据
}

int QueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}
bool QueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->plist;
}

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