【初阶数据结构篇】队列的实现（赋源码）

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须知

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1. 队列的概念与结构

1.1 概念

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：进⾏插⼊操作的⼀端称为队尾

。出队列：进⾏删除操作的⼀端称为队头

1.2 结构

使用链表，包含头、尾指针。

2. 队列的实现

2.1 队列的初始化和销毁

2.1.1 初始化

。定义队列，一个结构体用来定义队列，其中有指向队列头尾的指针（其中还有一个size，用来保存链表长度，后面会讲到为什么），另一个就是队列结点的结构，和单链表一样

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Queue.h"
void QueueInit(Q* pq)
{
   assert(pq);
   pq->phead = pq->ptail = NULL;
   pq->size = 0;
}

2.1.2 销毁

void QueueDestroy(Q* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));QNode* pcur = pq->phead;while (pcur){QNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

。和单链表的销毁基本一样，循环销毁节点

2.2 队列的增删数据

2.2.1 入队列（增加数据）

入队列：只能从队尾入队列，即增加数据。

QNode* BuyNode(QDataType x)
{QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail!");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}void QueuePush(Q* pq, QDataType x)
{assert(pq);if (pq->phead == NULL)pq->phead = pq->ptail = BuyNode(x);else{pq->ptail->next = BuyNode(x);pq->ptail = pq->ptail->next;}pq->size++;
}

2.2.2 出队列（删除数据）

注意：当队列为空时，不可以再出队列

2.2.2.1 队列判空

bool QueueEmpty(Q* pq)
{assert(pq);return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
}

void QueuePop(Q* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//只有一个节点的情况,避免ptail变成野指针if (pq->ptail == pq->phead){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;
}

2.3 返回队头/队尾数据

2.3.1 返回对头数据

QDataType QueueFront(Q* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->phead->data;
}

2.3.2 返回队尾数据

QDataType QueueBack(Q* pq)
{
   assert(pq);
   assert(!QueueEmpty(pq));
   return pq->ptail->data;
}

2.4 返回队列的有效数据个数

size作用
- 首先队列和栈一样，不能进行遍历和随机访问，必须将队头出数据才能访问下一个，这样遍历求个数是不规范的
- 其次时间复杂度O(N)，程序效率低

所以我们在队列结构里多定义了一个size，很好地解决了这个问题

int QueueSize(Q* pq)
{assert(pq);//不规范且时间复杂度O(n)//int size = 0;//QNode* pcur = pq->phead;//while (pcur)//{//	size++;//	pcur = pcur->next;//}//return size;return pq->size;}

3. （赋源码）

Queue.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode//队列节点的结构,即单链表节点的结构
{QDataType data;struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue//队列的结构,定义指向队列头尾的指针,以及队列节点的个数
{QNode* phead;QNode* ptail;QDataType size;
}Q;void QueueInit(Q*);//入队列,队尾
void QueuePush(Q*, QDataType);//出队列,队头
void QueuePop(Q*);//队列判空
bool QueueEmpty(Q*);//取队头数据
QDataType QueueFront(Q*);//取队尾数据
QDataType QueueBack(Q*);//队列有效元素个数
int QueueSize(Q*);void QueueDestroy(Q*);

Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Queue.h"
void QueueInit(Q* pq)
{assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}QNode* BuyNode(QDataType x)
{QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail!");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}void QueuePush(Q* pq, QDataType x)
{assert(pq);if (pq->phead == NULL)pq->phead = pq->ptail = BuyNode(x);else{pq->ptail->next = BuyNode(x);pq->ptail = pq->ptail->next;}pq->size++;
}bool QueueEmpty(Q* pq)
{assert(pq);return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
}
void QueuePop(Q* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//只有一个节点的情况,避免ptail变成野指针if (pq->ptail == pq->phead){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;
}QDataType QueueFront(Q* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->phead->data;
}QDataType QueueBack(Q* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->ptail->data;
}int QueueSize(Q* pq)
{assert(pq);//不规范且时间复杂度O(n)//int size = 0;//QNode* pcur = pq->phead;//while (pcur)//{//	size++;//	pcur = pcur->next;//}//return size;return pq->size;}void QueueDestroy(Q* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));QNode* pcur = pq->phead;while (pcur){QNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

test.c

该源文件的作用：每写出一个函数方法（接口），进行测试判断该函数方法实现功能是否满足需求，当出错误的时候，以便更好检查。

如果写了一堆函数方法，整体测试会很麻烦，头大。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Queue.h"
void QueueTest01()
{Q q;//定义队列QueueInit(&q);QueuePush(&q, 1);QueuePush(&q, 2);QueuePush(&q, 3);QueuePush(&q, 4);///printf("head:%d\n", QueueFront(&q));printf("tail:%d\n", QueueBack(&q));printf("size:%d\n", QueueSize(&q));QueuePop(&q);QueueDestroy(&q);
}int main()
{QueueTest01();return 0;
}