数据结构之——队列详解

news2024/12/24 11:34:50

前言：

一、什么是队列

二、队列的实现

2.1 队列结构

2.2 队列初始化

2.3 队列销毁

2.4 入队列

2.5 出队列

2.6 获取队列头部元素

2.7 获取队列尾部元素

2.8 获取队列中有效元素个数

2.9 检测队列是否为空

三、代码总览

Queue.h

test.c

四、例题

前言：

我们前面已经学习了栈，今天我们来学习队列，队列和栈一样，相对来说比较简单，随后，会为大家准备OJ练习题，敬请期待！

一、什么是队列

        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)

        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

这里简单给大家解释一下：

大家肯定都排过队（别说没有，我不信），大家在排好队先前前进时，是不是先站到队伍里的先走。队列的原理何其类似。因为，你可以猜一猜它为什么叫队列。可用下面图片帮助大家理解。

明白了，基础知识，那就一起来实现一下队列吧。

二、队列的实现

2.1 队列结构

和栈一样，我们队列的结构该如何设计呢？

队列一共有两种结构，分为：顺序结构和链式结构

队列的顺序结构

入队，不需要移动任何元素，时间复杂度为O(1)

出队，所有元素需要往前移动，时间复杂度为O(N)

队列的链式结构

首先我们定义两个指针，队头指针指向第一个节点，队尾指针指向尾节点

入队（尾插），时间复杂度为O(1)

出队（头删），时间复杂度为O(1)

这里，我们将采取链式结构，如若对顺序结构感兴趣可结合之前的栈进行实现。

我们要采用链式难道要用二级指针吗？一级已经够麻烦了，使用二级会更晕。所以，为了避免这种轻快，我们可采取结构体，如下代码：

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* phead;
	QNode* ptatil;
	int size;
}Queue;

这样即可避免二级指针。

2.2 队列初始化

// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);
	q->phead = q->ptatil = NULL;
	q->size = 0;
}

初始化只用将头和尾置为空即可。队列还未建立，所以，先不管。

2.3 队列销毁

// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* cur = q->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	q->phead = q->ptatil = NULL;
	q->size = 0;
}

销毁时我们要释放的是指针所指向开辟空间，而不是指针本身。所以，使用一个while循来释放。

2.4 入队列

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = data;
	if (q->phead == NULL)//这里使用头节点，尾节点判断均可
	{
		q->phead = q->ptatil = newnode;
	}
	else
	{
		q->ptatil->next = newnode;//记住这里是尾节点，不是头节点！！！
		q->ptatil = newnode;
	}
	q->size++;
}

入队列时，我们要为其开辟一块空间也就是QNode，这就是队列的元素。要分为两种情况讨论，队列为空和队列不为空。

2.5 出队列

// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(q->size != 0);
	if (q->phead->next == NULL)
	{
		q->phead = q->ptatil = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = q->phead->next;
		free(q->phead);
		q->phead = next;
	}
	q->size--;
}

要注意：分两种情况进行讨论。