什么是队列,如何实现?

简介: 什么是队列,如何实现?

image.png“海色温柔,波浪缓慢,似乎在静静期待着新的一天。”


前言:

上期我们讲了栈,它的特点是“后入先出”。这次我们再来学习一个新的数据结构:队列,它的特点是“先入先出,后入后出”,准备好了吗?开始!



Part1: 何为队列 


1.队列的概念


队列队列,顾名思义,就像排队买饭,排在前面的人买到饭先走,排到后面的人需要等待... ...

下面是队列的正经概念:

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,队列具有先进先出原则(First In First Out) 。

进行插入操作的一端称为队尾,

进行删除操作的一端称为队头。


2.队列的结构

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我是图示 



Part2: 队列的实现


1.前期准备


1.1创建项


不解释:

Queue.h:头文件,声明所有函数;

Queue.c:源文件,实现各函数;

Test.c:  源文件,主函数所在项,可调用各函数。


1.2队列结构


仍然是那个问题:用什么结构来实现队列较好?

数组:?删除元素要整体移动,时间复杂度高,且动态扩容比较麻烦,不推荐;

链表:插入删除数据后无需修改中间部分的元素,方便在队头和队尾操作,推荐。

那么选双链表还是单链表呢?

若选择双链表,的却方便找尾,但是仅仅为了找尾方便而选择它,未免会显得臃肿;

选择单链表呢,轻巧简洁,只需解决找到尾部的问题即可,有一个巧妙的方法就是:

在队列的结构中 定义尾指针

我们捋一遍:

就队列的整体来说:需要首尾指针和大小(长度);

就队列中的一个结点来说:需要下一个结点的指针和要存储的数据。

欸?相比栈来说,是不是结构更加复杂了?

是的,这意味着要多定义一个结构体,两个结构体之间是包含关系:

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我是图示 

上代码:

typedef int QDataType;
//队列中的结点
typedef struct QListNode
{
  struct QListNode* next;
  QDataType data;
}QNode;
//队列整体
typedef struct Queue
{
  QNode* head;
  QNode* tail;
  int size;
}Queue;


1.3队列初始化


要从整体上把握,把首尾指针初始化为空,大小初始化为 0 即可:

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->size = 0;
}


2.功能实现


2.1队头出队列


队头出队列,队列中是一定至少有一个结点的,但其实还是要分两种情况考虑的:

一是只有一个结点,直接把这个结点释放掉,再将首尾置空即可;

二是有两个及以上个结点,除了释放头部的结点,还需要把队头指针指向下一个结点;

最后莫忘大小减一。

// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head);
  if (pq->head->next == NULL)
  {
    free(pq->head);
    pq->head = pq->tail = NULL;
  }
  else
  {
    QNode* next = pq->head->next;
    free(pq->head);
    //pq->head = NULL;
    pq->head = next;
  }
  pq->size--;
}


2.2队尾入队列

要入队列,首先要先申请一个新的结点(注意是结点,不是队列);

再申请完并初始化后,就需要插入了:

也是两种情况:

一是链表为空,此时只要将首尾指针修改为新结点指针即可;

二是链表不为空,就要用到尾指针,将尾结点的下一个结点修改为新结点,并且更新尾结点指针;

最后莫忘大小加一。

// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* tailNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (tailNode == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    return;
  }
  tailNode->next = NULL;
  tailNode->data = x;
  if (pq->head == NULL)
  {
    pq->head = pq->tail = tailNode;
  }
  else
  {
    pq->tail->next = tailNode;
    pq->tail = tailNode;//掉
  }
  pq->size++;
}


2.3获取队列头部元素


进行了插入操作,当然要看看数据怎么样啦

这个比较简单,直接返回头部数组即可

// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head && pq->tail);
  return pq->head->data;//NULL
}


2.4获取队列尾部元素


同上:

// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(pq->head && pq->tail);
  return pq->tail->data;
}


2.5获取队列中有效元素个数


还记得之前定义的 size 吗?

在这里它就展现出重要作用了:

// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->size;
}


2.6判断队列是否为空


为空返回非 0 ,不是空就返回 0;

// 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 
int QueueEmpty(Queue* pq)
{
  return pq->size == 0;
}


2.7销毁队列


思路就是把整个队列遍历一遍,释放每个结点,再把首尾指针置空,大小归 0 即可:

// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->head;
  while (cur)
  {
    free(cur);
    cur = cur->next;
  }
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->size = 0;
}

总结:

其实相比栈来说,队列只是在结构上复杂了一些,其他的操作与单链表的操作就非常相似了。

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Java数据结构:使用数组模拟队列(队列与环形队列)