数据结构:7、队列

简介: 数据结构:7、队列

一、队列的概念与结构

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为队头,如下图。

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。

二、队列的实现

1、队列的初始化与销毁

这个思路是,先创建一个节点用来存储数据,也就是一个单链表,而这里需要头和尾,也就是尾进头出,如1 2 3 4 5 6 7 这样进去,出去也是1 2  3 4 5 6 7,顺序不会改变,所以这里又定义了一个结构用来存储头和尾以及有效的数据,方便后续操作,初始化这里就是把头和尾指向空,当有数据进来时才指向新的节点,销毁就是把单链表释放销毁,而刚开始使用存储链表的头和尾的结构体,因为是局

部变量,只需要把头和尾的指针置空,当函数销毁时,这个结构体也会销毁,代码如下。

typedef int QDataType;
// 链式结构:表示队列 
typedef struct QueueNode
{
  struct QueueNode* next;
  QDataType data;
  
}QNode;
 
// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
  QNode* phead;
  QNode* ptail;
  int size;
}Queue;
// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->phead = NULL;
  pq->ptail = NULL;
  pq->size = 0;
}
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->phead;
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  pq->phead = pq->ptail = NULL;
  pq->size = 0;
}

2、队列的入队与出队

这个队列是尾进头出,也就相当于尾插头删,但是需要考虑到链表中没有数据时的情况,也就是尾插时没有数据,会插入一个数据,第二个就是正常的尾插,而头删就需要考虑没有数据时,就直接释放了,代码如下。

// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
  assert(pq);
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    return;
  }
  newnode->data = data;
  newnode->next = NULL;
  if (pq->ptail == NULL)
  {
    assert(pq->phead==NULL);
    pq->phead = pq->ptail = newnode;
  }
  else
  {
    pq->ptail->next = newnode;
    pq->ptail = newnode;
  }
  pq->size++;
}
 
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  if (pq->phead->next == NULL)
  {
    free(pq->phead);
    pq->phead = pq->ptail = NULL;
  }
  else
  {
    QNode* next = pq->phead->next;
    free(pq->phead);
    pq->phead = next;
  }
  pq->size--;
}

3、判断与获取首尾元素与队列内有效元素

这个就是利用之前创建的结构体可以判断下链表里有没有数据,如果有可以直接返回,之前定义的数据个数也就是可以直接看出链表有多少数据,判断也就可以直接判断有多少数据,但是不能在删除时不能忘记把数据个数减减。

// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->phead->data;
}
 
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->ptail->data;
}
 
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->size;
}
 
// 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 
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->size==0;
}

4、测试与测试结果

这个就是测试各个函数,也就是插入1 2 3 4 5 6 7然后读取下有几个数据,然后把尾部数据打印,利用之前写的判断函数也就可以直接用while函数去进行出队数据并且打印,然后队里数据全部出完后,再去取数据打印和删除,会直接报错,代码和测试结果如图。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "QL.h"
 
void TestQueue()
{
  Queue q;
  
  QueueInit(&q);
  QueuePush(&q, 1);
  QueuePush(&q, 2);
  QueuePush(&q, 3);
  QueuePush(&q, 4);
  QueuePush(&q, 5);
  QueuePush(&q, 6);
  QueuePush(&q, 7);
  printf("size:%d\n", QueueSize(&q));
  printf("%d\n", QueueBack(&q));
  while (!QueueEmpty(&q))
  {
    printf("%d ", QueueFront(&q));
    QueuePop(&q);
  }
  printf("%d ", QueueFront(&q));
  QueuePop(&q);
  QueueDestroy(&q);
}
 
int main()
{
  TestQueue();
  return 0;
}

三、代码

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "QL.h"
 
void TestQueue()
{
  Queue q;
  
  QueueInit(&q);
  QueuePush(&q, 1);
  QueuePush(&q, 2);
  QueuePush(&q, 3);
  QueuePush(&q, 4);
  QueuePush(&q, 5);
  QueuePush(&q, 6);
  QueuePush(&q, 7);
  printf("size:%d\n", QueueSize(&q));
  printf("%d\n", QueueBack(&q));
  while (!QueueEmpty(&q))
  {
    printf("%d ", QueueFront(&q));
    QueuePop(&q);
  }
  printf("%d ", QueueFront(&q));
  QueuePop(&q);
  QueueDestroy(&q);
}
 
int main()
{
  TestQueue();
  return 0;
}

QL.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "QL.h"
 
// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->phead = NULL;
  pq->ptail = NULL;
  pq->size = 0;
}
 
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data)
{
  assert(pq);
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    return;
  }
  newnode->data = data;
  newnode->next = NULL;
  if (pq->ptail == NULL)
  {
    assert(pq->phead==NULL);
    pq->phead = pq->ptail = newnode;
  }
  else
  {
    pq->ptail->next = newnode;
    pq->ptail = newnode;
  }
  pq->size++;
}
 
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  if (pq->phead->next == NULL)
  {
    free(pq->phead);
    pq->phead = pq->ptail = NULL;
  }
  else
  {
    QNode* next = pq->phead->next;
    free(pq->phead);
    pq->phead = next;
  }
  pq->size--;
}
 
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->phead->data;
}
 
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->ptail->data;
}
 
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->size;
}
 
// 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 
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->size==0;
}
 
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->phead;
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  pq->phead = pq->ptail = NULL;
  pq->size = 0;
}

QL.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int QDataType;
// 链式结构:表示队列 
typedef struct QueueNode
{
  struct QueueNode* next;
  QDataType data;
  
}QNode;
 
// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
  QNode* phead;
  QNode* ptail;
  int size;
}Queue;
 
// 初始化队列 
void QueueInit(Queue* pq);
// 队尾入队列 
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data);
// 队头出队列 
void QueuePop(Queue* pq);
// 获取队列头部元素 
QDataType QueueFront(Queue* pq);
// 获取队列队尾元素 
QDataType QueueBack(Queue* pq);
// 获取队列中有效元素个数 
int QueueSize(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 
bool QueueEmpty(Queue* pq);
// 销毁队列 
void QueueDestroy(Queue* pq);


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