【数据结构】队列篇

news2024/11/16 9:45:33

文章目录

1.队列
- 1.1 队列的概念及结构
2. 队列的实现
- 2.1 准备工作
- 2.2 队列的初始化
- 2.3 队尾入队列
- 2.4 队头出队列
- 2.5 获取队列头部元素
- 2.6 获取队列队尾元素
- 2.7 获取队列有效元素个数
- 2.8 检测队列是否为空
- 2.9 销毁队列
3. 代码整合

1.队列

1.1 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)
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尾队头。

2. 队列的实现

队列和栈一样，既可以用数组来实现也可以用链表来实现，不过因为队列不仅会用到队尾还会用到队头的特性，用链表来实现更优一些，用数组会降低效率。
入队演示

出队演示

2.1 准备工作

创建两个结构体，一个结构体用来维护队列的节点，一个结构体用来维护队列的首尾。
还可以在queue中再维护一个size，用来记录链表的节点数量。当然这里我没有这样写

#define Datatype int
//节点，维持队列的节点
typedef struct Node
{
	Datatype data;
	struct Node* next;
}Node;

//队列，维护队列的头和尾
typedef struct Queue
{
	Node* front;
	Node* tail;
}Queue;

2.2 队列的初始化

因为初始时是没有节点的，把队列的首尾都初始化尾NULL

//初始化
void InitQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->front = NULL;
	pq->tail = NULL;
}

2.3 队尾入队列

创建节点后开始判断，如果当前节点为空，那么我们就把队列的头和尾都指向这个新创建的节点。
如果队列已经有节点了，那么我们就把它链接的队尾的next，然后再更新队尾指针。

//队尾入队列
void PushQueue(Queue* pq, Datatype x)
{
	assert(pq);
	//创建节点
	Node* newnode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)//如果队列为空
	{
		//此时队头和队为指向同一节点
		pq->front = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		//更新队尾指针
		pq->tail = newnode;
	}
}

2.4 队头出队列

出队列就是要删除嘛，不能是空的，为此我们加一个断言就好了。
删除队列节点时，因为是队首节点，删它前我们先要找到队首节点的下一个节点以防链表丢失，然后更新队首指针。
注意：如果队列就只有一个节点，再删除后要感谢队首和队尾指针。
。

//队头出队列
void PopQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->front);//防止队列为空
	if (pq->front == pq->tail)
	{
		free(pq->front);
		pq->front = pq->tail = NULL;
		return;
	}
	Node* cur = pq->front->next;
	free(pq->front);
	pq->front = cur;
}

2.5 获取队列头部元素

因为队首指针存在，直接返回队首指针指向节点的值。

//获取队列头部元素
Datatype FrontQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->front);
	return pq->front->data;
}

2.6 获取队列队尾元素

因为队尾指针存在，直接返回队尾指针指向节点的值。

//获取队列队尾元素
Datatype BackQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->data;
}

2.7 获取队列有效元素个数

因为在准备阶段我们并没有用队列维护一个size，所以这里要遍历队列来求有效元素的个数。

//获取队列有效元素个数
int SizeQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	int sz = 0;
	Node* cur = pq->front;
	while (cur)
	{
		sz += 1;
		cur = cur->next;
	}
	return sz;
}

2.8 检测队列是否为空

检测队列是否为空，如果为空返回真,否则返回假，注意别搞反了！

//检测队列是否为空，如果为空返回真,否则返回假
bool EmptyQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->front == NULL;
}

2.9 销毁队列

使用了动态内存一定要记得销毁，不然会有内存泄漏的~

//销毁队列
void DestoryQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	Node* cur = pq->front;
	while (cur)
	{
		Node* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = NULL;
		cur = next;
	}
}

3. 代码整合

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

#define Datatype int
//节点，维持队列的节点
typedef struct Node
{
	Datatype data;
	struct Node* next;
}Node;

//队列，维护队列的头和尾
typedef struct Queue
{
	Node* front;
	Node* tail;
}Queue;

//初始化
void InitQueue(Queue* pq);

//队尾入队列
void PushQueue(Queue* pq, Datatype x);

//队头出队列
void PopQueue(Queue* pq);

//获取队列头部元素
Datatype FrontQueue(Queue* pq);

//获取队列队尾元素
Datatype BackQueue(Queue* pq);

//获取队列有效元素个数
int SizeQueue(Queue* pq);

//检测队列是否为空，如果为空返回真,否则返回假
bool EmptyQueue(Queue* pq);

//销毁队列
void DestoryQueue(Queue* pq);

//queue.c
#include "queue.h"

//初始化
void InitQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->front = NULL;
	pq->tail = NULL;
}

//队尾入队列
void PushQueue(Queue* pq, Datatype x)
{
	assert(pq);
	//创建节点
	Node* newnode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail == NULL)//如果队列为空
	{
		//此时队头和队为指向同一节点
		pq->front = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

//队头出队列
void PopQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->front);
	if (pq->front == pq->tail)
	{
		free(pq->front);
		pq->front = pq->tail = NULL;
		return;
	}
	Node* cur = pq->front->next;
	free(pq->front);
	pq->front = cur;
}

//获取队列头部元素
Datatype FrontQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->front);
	return pq->front->data;
}

//获取队列队尾元素
Datatype BackQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->data;
}

//获取队列有效元素个数
int SizeQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	int sz = 0;
	Node* cur = pq->front;
	while (cur)
	{
		sz += 1;
		cur = cur->next;
	}
	return sz;
}

//检测队列是否为空，如果为空返回真,否则返回假
bool EmptyQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->front == NULL;
}

//销毁队列
void DestoryQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	Node* cur = pq->front;
	while (cur)
	{
		Node* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = NULL;
		cur = next;
	}
}

//test.c
#include "queue.h"

void test1()
{
	//Queue q;
	//InitQueue(&q);
	//PushQueue(&q,1);
	//PushQueue(&q,2);
	//PushQueue(&q,3);
	//PushQueue(&q,4);

	//printf("%d\n", SizeQueue(&q));
	//printf("%d\n", BackQueue(&q));
	//printf("%d\n", FrontQueue(&q));
	//DestoryQueue(&q);
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}