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【数据结构】C语言队列(详解)

2023-10-24 62
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简介： 【数据结构】C语言队列(详解)

前言:

💥🎈个人主页:Dream_Chaser～ 🎈💥

✨✨专栏:http://t.csdn.cn/oXkBa

⛳⛳本篇内容:c语言数据结构--C语言实现队列


一.队列概念及结构


1.1队列的概念

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


1.2队列的结构

c9b5f4f7a5324bb2aaa0ef47aed13a34.png


二.队列的实现


队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低

image.png


2.1头文件

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


2.2链式队列的结构定义

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{ 
  QDataType data;
  struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
  QNode* phead;
  QNode* ptail;
  int size;
}Queue;//表示队列整体,一个是出数据，一个是入数据.


 QueueNode结构体表示队列中的节点，每个节点包含一个数据项 data 和一个指向下一个节点的指针 next。Queue结构体表示整个队列，包含指向队列头部和尾部节点的指针 phead和ptail，以及记录队列大小的变量 size


2.3队列接口的定义

void QueueInit(Queue* pq);// 初始化队列
void QueueDestroy(Queue* pq);// 销毁队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);// 队尾入队列
void QueuePop(Queue* pq);// 队头出队列
QDataType QueueFront(Queue* pq);// 获取队列头部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);// 获取队列队尾元素
int QueueSize(Queue* pq);// 获取队列中有效元素个数
bool QueueEmpty(Queue* pq);// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0


2.4初始化队列

void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查指针是否为空
  pq->phead=NULL; //将队列的头指针置为空
  pq->ptail = NULL;//将队列的尾指针置为空
  pq->size = 0;// 将队列的头指针置为空
}


2.5判断队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  //方法一,将队列的头指针以及尾指针置空
  //return pq->phead = NULL && pq->ptail==NULL;
  //方法二,将队列的有效元素置空
  return pq->size == 0;
}


2.6销毁队列

代码解析:

  1. assert(pq) 用于断言pq 指针不为空，确保传入的指针有效。
  2. 创建一个指针 cur，并将其初始化为队列的头指针 pq->phead。
  3. 进入循环，遍历队列中的每个节点。
  4. 在循环中，首先保存当前节点的下一个节点指针为next，以便在释放当前节点后能够访问下一个节点。
  5. 使用 free(cur) 释放当前节点的内存。
  6. 将指针 cur 移动到下一个节点，即cur = next。
  7. 循环继续，直到遍历完队列中的所有节点。
  8. 在循环结束后，将队列的头指针和尾指针 pq->phead、pq->ptail都置为空，表示队列已经为空。
  9. 将队列的大小pq->size 置为 0，表示队列中没有元素。
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查指针是否为空
  QNode* cur = pq->phead;// 创建一个指针 cur，指向队列的头指针
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;// 创建一个指针 cur，指向队列的头指针
    free(cur);// 释放当前节点的内存
    cur = next;// 将指针 cur 移动到下一个节点
  }
  pq->phead = pq->ptail = NULL;// 将队列的头指针和尾指针置为空
  pq->size = 0;// 将队列的大小置为0
}


2.7队尾入队列

第一种情况:尾插第一个队列元素

513deb1184844536a565d7873183fab4.gif


第二种情况:已有元素前提下尾插节点

先尾插节点，后把新节点的地址给ptail(让ptail指向新节点)

d0b53e04de8f4f5db21173cd85458049.gif

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));// 创建一个新的节点
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail\n");// 检查内存分配是否成功
    return;
  }
  newnode->data = x;// 设置新节点的数据为传入的元素值
  newnode->next = NULL;// 将新节点的指针域置空
  //一个节点
  if (pq->ptail == NULL)// 判断队列是否为空
  {
    assert(pq->phead == NULL);// 如果队列为空，头指针也应为空
    pq->phead = pq->ptail = newnode;// 将新节点同时设置为队列的头节点和尾节点
  }
    //多个节点
  else
  {
    pq->ptail->next = newnode;// 将新节点同时设置为队列的头节点和尾节点
    pq->ptail = newnode;// 更新队列的尾指针为新节点
  }
  pq->size++;// 增加队列的大小计数
}

代码执行:

330d314437f74c0f9a55d2666b382db9.png


2.8队头出队列

第一种:队列只有一个元素时

b3ed2d0b0ddb49d689a60bb1161834c5.gif

第二种:队列有多个元素时

b9b117fc61204324a80dc92d9464fc08.gif

void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查指针是否为空
  assert(!QueueEmpty(pq));// 检查队列是否非空
  assert(pq->phead);// 检查队列的头指针是否存在
  //1.一个节点
  if (pq->phead->next == NULL) // 队列只有一个节点的情况
  {
    free(pq->phead); // 释放队列头节点的内存
    pq->phead = pq->ptail = NULL;// 将队列的头指针和尾指针置为空
  }
    //2.多个节点
  else
  {
    QNode* next = pq->phead->next; //保存队列头节点的下一个节点指针
    free(pq->phead);// 释放队列头节点的内存
    pq->phead = next;// 更新队列的头指针为下一个节点
  }
  pq->size--;//减少队列的大小计数
}

代码执行:

2a919d14f42f4f938c03a868f6e73e66.png


2.9获取队列头部元素

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查指针是否为空
  assert(!QueueEmpty(pq));// 检查队列是否非空
  assert(pq->phead);// 检查队列的头指针是否存在
  return pq->phead->data;// 返回队列头节点的数据
}


代码执行:

1c6e164f6ccb4ba496c1cbbe56e88aef.png

2.10获取队列队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查队列是否非空
  assert(!QueueEmpty(pq));// 检查队列是否非空
  assert(pq->ptail);// 检查队列的尾指针是否存在
  return pq->ptail->data;//返回队列尾节点的数据
}


代码执行:

d8a8167208034028b949060d2ae1f771.png

2.11获取队列中有效元素个数

int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);//检查指针是否为空
  return pq->size;//返回队列的大小（元素个数）
}


代码执行:

986c973eddad45e5b9534b079279dee6.png


2.12打印队列元素

void QPrint(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->phead;
  QNode* next = cur;
  while (cur != NULL)
  {
    printf("%d ", cur->data);
    cur = cur->next;
  }
}


代码执行:

0a75c643fbb745339c2fcd9c5c22b389.png

Test.c

#include"Queue.h"
void TestQueue1()//元素入队列
{
  Queue q;
  QueueInit(&q);
  QueuePush(&q,1);
  QueuePush(&q,2);  
  //printf("%d ", QueueFront(&q));
  //QueuePop(&q);
  QueuePush(&q,3);
  QueuePush(&q,4);
  //printf("Size:%d\n", QueueSize(&q));
  //QPrint(&q);
  while (!QueueEmpty(&q))
  {
    printf("%d ", QueueFront(&q));
    QueuePop(&q);
  }
  printf("\n");
}
void TestQueue2()//元素出队列
{
  Queue q;
  QueueInit(&q);
  QueuePush(&q, 1);
  QueuePush(&q, 2);
  QueuePush(&q, 3);
  QueuePush(&q, 4);
  printf("%d\n", QueueFront(&q));
  QueuePop(&q);
  printf("%d\n", QueueFront(&q));
  QueuePop(&q);
  printf("%d\n", QueueFront(&q));
  QueuePop(&q);
  printf("%d\n", QueueFront(&q));
  printf("\n");
}
void TestQueue3()//获取队列头部和尾部元素,和队列元素个数
{
  Queue q;
  QueueInit(&q);
  QueuePush(&q, 1);
  QueuePush(&q, 2);
  QueuePush(&q, 3);
  QueuePush(&q, 4);
  printf("队列头部元素:%d\n",QueueFront(&q));
  printf("队列尾部元素:%d\n", QueueBack(&q));
  printf("Size:%d\n", QueueSize(&q));
  /*while (!QueueEmpty(&q))
  {
    printf("%d ", QueueFront(&q));
    QueuePop(&q);
  }*/
  printf("\n");
}
void TestQueue4()//打印队列
{
  Queue q;
  QueueInit(&q);
  QueuePush(&q, 1);
  QueuePush(&q, 2);
  QueuePush(&q, 3);
  QueuePush(&q, 4);
  QPrint(&q);
  printf("\n");
}
int main()
{
  //TestQueue1();//元素入队列
  //TestQueue2();//元素出队列
  //TestQueue3();//获取队列头部和尾部元素,和队列元素个数
  TestQueue4();
}


Queue.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
#include<stdlib.h>
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{ 
  QDataType data;
  struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
  QNode* phead;
  QNode* ptail;
  int size;
}Queue;//表示队列整体,一个是出数据，一个是入数据.
void QueueInit(Queue* pq);// 初始化队列
void QueueDestroy(Queue* pq);// 销毁队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);// 队尾入队列
void QueuePop(Queue* pq);// 队头出队列
QDataType QueueFront(Queue* pq);// 获取队列头部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);// 获取队列队尾元素
int QueueSize(Queue* pq);// 获取队列中有效元素个数
bool QueueEmpty(Queue* pq);// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0


Queue.c

#include"Queue.h"
void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查指针是否为空
  pq->phead=NULL; // 将队列的头指针置为空
  pq->ptail = NULL;// 将队列的头指针置为空
  pq->size = 0;// 将队列的头指针置为空
}
void QPrint(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->phead;
  QNode* next = cur;
  while (cur != NULL)
  {
    printf("%d ", cur->data);
    cur = cur->next;
  }
}
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查指针是否为空
  QNode* cur = pq->phead;// 创建一个指针 cur，指向队列的头指针
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;// 创建一个指针 cur，指向队列的头指针
    free(cur);// 释放当前节点的内存
    cur = next;// 将指针 cur 移动到下一个节点
  }
  pq->phead = pq->ptail = NULL;// 将队列的头指针和尾指针置为空
  pq->size = 0;// 将队列的大小置为0
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));// 创建一个新的节点
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail\n");// 检查内存分配是否成功
    return;
  }
  newnode->data = x;// 设置新节点的数据为传入的元素值
  newnode->next = NULL;// 将新节点的指针域置空
  //一个节点
  //多个节点
  if (pq->ptail == NULL)// 判断队列是否为空
  {
    assert(pq->phead == NULL);// 如果队列为空，头指针也应为空
    pq->phead = pq->ptail = newnode;// 将新节点同时设置为队列的头节点和尾节点
  }
  else
  {
    pq->ptail->next = newnode;// 将新节点同时设置为队列的头节点和尾节点
    pq->ptail = newnode;// 更新队列的尾指针为新节点
  }
  pq->size++;// 增加队列的大小计数
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查指针是否为空
  assert(!QueueEmpty(pq));// 检查队列是否非空
  assert(pq->phead);// 检查队列的头指针是否存在
  //1.一个节点
  if (pq->phead->next == NULL) // 队列只有一个节点的情况
  {
    free(pq->phead); // 释放队列头节点的内存
    pq->phead = pq->ptail = NULL;// 将队列的头指针和尾指针置为空
  }
  else
  {
    //头删
    QNode* next = pq->phead->next; //保存队列头节点的下一个节点指针
    free(pq->phead);// 释放队列头节点的内存
    pq->phead = next;// 更新队列的头指针为下一个节点
  }
  pq->size--;//减少队列的大小计数
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));// 检查队列是否非空
  assert(pq->phead);// 检查队列的头指针是否存在
  return pq->phead->data;// 返回队列头节点的数据
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);// 检查队列是否非空
  assert(!QueueEmpty(pq));// 检查队列是否非空
  assert(pq->phead);// 检查队列的头指针是否存在
  return pq->ptail->data;//返回队列尾节点的数据
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);//检查指针是否为空
  return pq->size;//返回队列的大小（元素个数）
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  //方法一,将队列的头指针以及尾指针置空
  //return pq->phead = NULL && pq->ptail==NULL;
  //方法二,将队列的有效元素置空
  return pq->size == 0;
}


     本篇结束，如有错误，欢迎大家指正，感谢来访！

文章标签：
C语言
关键词：
数据结构队列
C语言数据结构
数据结构c语言
C语言队列
数据结构C语言队列
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