数据结构-----对列

news2024/9/19 9:44:19

前言

Hello, 小伙伴们，你们的作者菌又来了，前不久，我们学习了一种数据结构----栈，他特殊的性质使得他在一些数据管理的问题上被广泛的使用，那今天，我们就来学习另一种十分重要的数据结构--对列。

在开始之间，还是按例求三，如果你喜欢我的内容，就请不要忘记，点赞、评论和收藏，你们的支持就是我更新的动力，万分感谢！！

好，我们先在开始。

1.队列的介绍

基本概念：

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：进行插入操作的一段为队尾；

出队列：进行删除操作的一端称为对头。

队列的底层结构选型：

队列也可以用数组和链表的方式链实现，使用链表的结构实现会更加的优秀，因为如果使用数组的结构，出队列在数组的头部进行，效率会十分底下！！ 

2.队列的实现

我门还是先创建三个文件（就向实现其他数据结构一样）：

 2.1队列结构的定义：

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType x;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;
	QueueNode* ptail;
}Queue;

怎样来理解这样的定义呢？

队列的定义底层使用的确实是单链表的结构，但是特殊的就是，他只能在头部出数据，只能在为部插入数据，所以，我们可以使用两个结构体，来实现队列：

phead用于出数据；

ptail用于输入数据。

 2.2队列的初始化（QueueIit函数的实现）

2.2.1函数的定义

//初始化队列
void QueueInit(Queue* ps);

2.2.2函数的实现

//初始化队列
void QueueInit(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	ps->phead = ps->ptail = NULL;
}

初始化的操作与单链表相似。

代码测试：

2.3队列的数据插入（QueuePush函数的实现）

2.3.1 函数的定义

//入队列
void QueuePush(Queue* ps, QDataType  x);

这个也和单链表的结构相似，但是要注意几点，我们先来看函数的是实现代码：

2.3.2函数的实现


QueueNode* BuyNode(QDataType x)
{
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc Fail!!");
		exit(1);
	}
	newnode->x = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}
//队列的销毁

void QueuePush(Queue* ps, QDataType  x)
{
	assert(ps);
	QueueNode* New = BuyNode(x);
	if (ps->phead == NULL)
	{
		ps->phead = ps->ptail = New;
	}
	else
	{
		ps->ptail->next = New;
		ps->ptail = ps->ptail->next;
	}
}

1.我们注意不要将QueueNode 和Queue的结构混淆;

2.一定要记得，将新节点的next指针置位NULL;

3.要考虑到ps->phead 和 ps->ptail都为NULL的情况！！

代码测试：

 

入队列的操作就完成了！！ 

2.4队列的出数据 （QueuePop函数的实现）

2.4.1函数的定义：

//出队列
void QueuePop(Queue* ps);

2.4.2代码的实现

这里的出队列，其实和单链表的头删是一个逻辑，还是要考虑到一下几点：

1.删除数据的前提是，队列中有元素可删！

2.不能将队列删除为NULL后，任然删除数据！！

bool IsEmpty(Queue* ps)
{
	return ps->phead == NULL;
}
//IsEmpty函数可以判断队列存储数据的情况
void QueuePop(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!IsEmpty(ps));
	QueueNode* ret = ps->phead->next;
	free(ps->phead);
	ps->phead = ret;
}

 代码测试：

2.5取队列的头(尾)数据(QueueTop 函数和 QueueBack函数的实现)

2.5.1函数的定义

//取对头数据
QDataType QueueTop(Queue* ps);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* ps);

这样的操作十分的简单，就和前面我们学习栈的时候，取数据的操作大致相同

2.5.2函数的实现

//取对头数据
QDataType QueueTop(Queue* ps)
{
	assert(ps && !IsEmpty(ps));
	return ps->phead->x;
}
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* ps)
{
	assert(ps && !IsEmpty(ps));
	return ps->ptail->x;
}

 这样的操作十分的简单，我们只需要确保队列中有元素，就可以取出队头和对尾元素。

接下来我们来测试一下，看看能不能达到我们想要的效果：

2.6队列中的数据个数 

在这里，我们可以先写一个函数CountSize来解决这样的问题：

//得出队列中的数据元素个数
int CountSize(Queue* ps);
int CountSize(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	QueueNode* pcur = ps->phead;
	int size = 0;
	while (pcur)
	{
		size++;
		pcur = pcur->next;
	}
	return size;
}

经过测试，我们可知，这样是可以解决问题的，但是这样做是绝对不规范的！！ 

因为队列和栈一样，不能被遍历，也不能被随机的访问！！

同时，如果外界的用户要进行频繁的数据个数获取，我们出于时间复杂度的考虑，因该怎样来修改我们的代码呢？ 

所以，我们要怎样才能解决问题呢？

或许，我们在定义队列的节点时，就加上一个元素，来记录我们插入数据的个数：

如，这是我们原来的队列定义：

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType x;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;
	QueueNode* ptail;
}Queue;

我们可以修改为

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType x;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;
	QueueNode* ptail;
    int size;//增加一个元素来记录存储数据的个数！！
}Queue;

每插入一次数据，我们就然size++;

每出一次队列，size--;

在要获取元素个数时，我们只需要，将size返回就行！所以，我们可以来试试这样的方法：

所以CountSize我们可以改写为 

int CountSize(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->size;
}

接下来，我们来测试一下：

 

 2.7队列的销毁（QueueDstroy函数的实现)

 2.7.1函数的定义：

void QueueDstroy(Queue* ps);
//队列的销毁

2.7.2函数的实现 

void QueueDestroy(Queue* ps)
{
	assert(ps && !IsEmpty(ps));
	QueueNode* ret = ps->phead;
	while (ret)
	{
		QueueNode* next = ret->next;
		free(ret);
		ret = next;
	}
	ps->ptail = ps->phead = NULL;
	ps->size = 0;
}

销毁的操作和之前链表的操作相似，如果对链表的知识掌握的够好，我们可以直接仿写！！

3.代码展示：

3.1Queu.h

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

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType x;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;
	QueueNode* ptail;
	int size;

}Queue;

//初始化队列
void QueueInit(Queue* ps);
//队列的销毁
void QueueDestroy(Queue* ps);
//入队列
void QueuePush(Queue* ps, QDataType  x);
//出队列
void QueuePop(Queue* ps);

//取对头数据
QDataType QueueTop(Queue* ps);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* ps);


//得出队列中的数据元素个数
int CountSize(Queue* ps);
bool IsEmpty(Queue* ps);

3.2Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include"Queue.h"

//初始化队列
void QueueInit(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	ps->phead = ps->ptail = NULL;
	ps->size = 0;
}
void QueueDestroy(Queue* ps)
{
	assert(ps && !IsEmpty(ps));
	QueueNode* ret = ps->phead;
	while (ret)
	{
		QueueNode* next = ret->next;
		free(ret);
		ret = next;
	}
	ps->ptail = ps->phead = NULL;
	ps->size = 0;
}

QueueNode* BuyNode(QDataType x)
{
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc Fail!!");
		exit(1);
	}
	newnode->x = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

void QueuePush(Queue* ps, QDataType  x)
{
	assert(ps);
	QueueNode* New = BuyNode(x);
	if (ps->phead == NULL)
	{
		ps->phead = ps->ptail = New;
	}
	else
	{
		ps->ptail->next = New;
		ps->ptail = New;
	}
	ps->size++;
}
bool IsEmpty(Queue* ps)
{
	return ps->phead == NULL;
}
void QueuePop(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!IsEmpty(ps));
	QueueNode* ret = ps->phead->next;
	free(ps->phead);
	ps->phead = ret;
	ps->size--;
}
//取对头数据
QDataType QueueTop(Queue* ps)
{
	assert(ps && !IsEmpty(ps));
	return ps->phead->x;
}
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* ps)
{
	assert(ps && !IsEmpty(ps));
	return ps->ptail->x;
}
//得出队列中的数据元素个数
int CountSize(Queue* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->size;
}

3.3test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
void Test()
{
	Queue  s;
	QueueInit(&s);
	QueuePush(&s, 0);
	QueuePush(&s, 1);
	QueuePush(&s, 2);
	QueuePop(&s);
	//取对头数据
	printf("Top:%d\n", QueueTop(&s));
	//取队尾数据
	printf("Back:%d\n", QueueBack(&s));
	printf("Size:%d\n", CountSize(&s));
	QueueDestroy(&s);
	printf("Size:%d\n", CountSize(&s));
}

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

好，今天的学习就到这里，我们下期再见，拜拜！！！

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