本篇博客会讲解队列这种数据结构，并使用C语言实现。
概况
什么是队列呢？队列是一种先进先出的数据结构，即First In First Out，简称FIFO。队列有2端，分别是队头和队尾，规定只能在队尾插入数据（入队列），在队头删除数据（出队列）。比如：下图中，左边是队尾，右边是队头。
入队列：1
入队列：2
入队列：3
再依次入队列：[4 5 6]
出队列（会删除1）
出队列（会删除2）
出队列（会删除3）
结构的定义
要实现队列，如果使用数组，效率太低，因为头插、头删的时间复杂度是O(N)。所以建议用链表实现队列，并且建议使用带头+单向+不循环链表实现，入队列时尾插，出队列时头删。原因是：
- 单链表可以节省一些指针，结构更简单，但不影响效率。
- 带哨兵位的头结点，第一次插入数据，可以统一处理。
- 不使用循环链表，因为没必要。
结点的定义如下：
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* next;
QDataType data;
}QNode;
为了省去尾插时找尾结点的过程，我们需要同时维护头结点和尾结点。同时，为了统计结点个数方便，需要记录有效数据的个数，这样就不用每次都遍历链表计数了。
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* front; // 队头
QNode* tail; // 队尾
int size; // 有效数据个数
}Queue;
申请结点
申请结点的函数声明如下：
QNode* BuyQueueNode(QDataType data);
申请一个结点，初始化其数据域和指针域。
QNode* BuyQueueNode(QDataType data)
{
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
return NULL;
}
newnode->data = data;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
初始化
初始化队列的函数声明如下：
void QueueInit(Queue* pq);
开辟一个哨兵位的头结点，并更新头尾指针。
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
// 定义哨兵位
QNode* head = BuyQueueNode(0);
pq->front = head;
pq->tail = head;
pq->size = 0;
}
入队列
入队列的函数声明如下：
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data);
由于有哨兵位的头结点，不需要分类讨论，在尾结点后面直接插入即可。入队列只会影响尾结点，不会影响头结点。
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
assert(pq);
// 创建新结点
QNode* newnode = BuyQueueNode(data);
// 链接在尾部
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
pq->size++;
}
出队列
出队列的函数声明如下：
void QueuePop(Queue* pq);
这里需要分类讨论：
- 队列为空，不能删除。
- 队列中除去哨兵位的头结点之外只有1个结点，删除后需要把尾结点重置为哨兵位。
- 其他情况，正常尾删即可。
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
// 判断非空
assert(!QueueEmpty(pq));
if (pq->size == 1)
{
// 删除数据
free(pq->tail);
pq->front->next = NULL;
pq->tail = pq->front;
}
else
{
// 至少2个数据
QNode* first = pq->front->next;
QNode* second = first->next;
// 删除数据
free(first);
first = NULL;
// 链接
pq->front->next = second;
}
pq->size--;
}
取队头、队尾数据
函数声明如下：
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
直接取对应的数据即可，注意要检查队列非空。
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
// 判断非空
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->front->next->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
// 判断非空
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
统计有效数据个数
统计有效数据个数的函数声明如下：
int QueueSize(Queue* pq);
由于我们维护size，用来记录有效数据个数，这个函数的实现就非常方便。
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
判空
判断队列是否为空的函数声明如下：
bool QueueEmpty(Queue* pq);
当size为0时，队列为空。
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
}
销毁
销毁队列的函数声明如下：
void QueueDestroy(Queue* pq);
遍历链表，销毁结点，最后销毁哨兵位。
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* del = pq->front;
while (del)
{
QNode* next = del->next;
free(del);
del = next;
}
pq->front = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
总结
使用单向带头不循环链表实现队列，满足“先进先出”的特性。
感谢大家的阅读！
