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);