一、队列的概念
队列是一个线性的数据结构，并且这个数据结构只允许在一端进行插入，另一端进行删除，禁止直接访问除这两端以外的一切数据，且队列是一个先进先出的数据结构。
通常，称进数据的一端为队尾，出数据的一端为队首，数据元素进队列的过程称为入队，出队列的过程称为出队
队列与栈类似，实现方式有两种。一种是以数组的方式实现，另一种以单链表来实现。这两种实现方式各有优劣，并且都有细节需要处理。
二、队列的声明与初始化
队列只有链式的设计方法，其本身分为多种队列，如顺序队列和循环队列，还有衍生的优先队列等等，以顺序队列的设计为例。
首先是队列的结点设计，可以设计出两个结构体，一个结构体 Node 表示结点，其中包含有 data 针，如图：
其中 data 表示数据，其可以是简单的类型，也可以是复杂的结构体。next 指针表示，下一个的指针，其指向下一个结点，通过 next 指针将各个结点链接。
然后再添加一个结构体，其包括了两个分别永远指向队列的队尾和队首的指针，看到这里是不是觉得和栈很像？
主要的操作只对这两个指针进行操作，如图所示：
代码实现如下：
typedef int QDataType; // 链式结构：表示队列 typedef struct QListNode { struct QListNode* next; QDataType val; }QNode; // 队列的结构 typedef struct Queue { QNode* phead; QNode* ptail; int size; }Queue;
对于初始化需要初始化两个类型，一个是初始化结点，一个是初始化队列。代码中的描述，初始化队列有些不同，当初始化队列的时候，需要将头尾两个结点指向的内容统统置为空，表示是一个空队列，函数代码可以表示为：
void QueueInit(Queue* pq) { assert(pq); pq->phead = NULL; pq->ptail = NULL; pq->size = 0; }
三、入队
入队操作如图：
进行入队(push)操作的时候，同样的，首先需要判断队列是否为空，如果队列为空的话，需要将头指针和尾指针一同指向第一个结点：
如果队列不为空的时候，这时只需要将尾结点向后移动，通过不断移动 next指针指向新的结点构成队列即可。
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) { assert(pq); QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); if (newnode == NULL) { perror("realloc fail"); } newnode->next = NULL; newnode->val = x; if (pq->ptail == NULL) { pq->phead = pq->ptail = newnode; } else { pq->ptail->next = newnode; pq->ptail = newnode; } pq->size++; }
四、出队
出队操作如图：
出队(pop)操作，是指在队列不为空的情况下进行的一个判断，当然在此也一定要进行队列判空的操。
如图，如果队列只有一个元素了，也就是说头尾指针均指向了同一个结点，那么直接将头尾两指针置空，并释放这一个结点即可，如图：
当队列含有以上个元素时，需要将队列的头指针指向头指针当前指向的下一个元素，并释放掉当前元素即可，如图：
代码实现如下：
void QueuePop(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->phead); if (pq->phead == pq->ptail) { free(pq->phead); pq->phead = pq->ptail = NULL; } else { QNode* next = pq->phead; pq->phead = pq->phead->next; free(next); } pq->size--; }
五、获取队头和队尾元素
我们有头尾节点的指针，只需要注意链表和节点元素不能为空即可
// 获取队列头部元素 QDataType QueueFront(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->phead); return pq->phead->val; } // 获取队列队尾元素 QDataType QueueBack(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->ptail); return pq->ptail->val; }
六、获取队列中有效元素个数
1. int QueueSize(Queue* pq) 2. { 3. assert(pq); 4. return pq->size; 5. }
七、检测队列是否为空
1. bool QueueEmpty(Queue* pq) 2. { 3. assert(pq); 4. 5. return pq->size == 0; 6. }
八、销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq) { assert(pq); for (int i = 0; i < pq->size; i++) { QNode* next = pq->phead; pq->phead = pq->phead->next; free(next); } pq->phead = pq->ptail = NULL; }
九、完整代码
9.1 Queue.h
typedef int QDataType; // 链式结构：表示队列 typedef struct QListNode { struct QListNode* next; QDataType val; }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 x); // 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 bool QueueEmpty(Queue* pq); // 销毁队列 void QueueDestroy(Queue* pq);
9.2 Queue.c
// 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 x) { assert(pq); QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); if (newnode == NULL) { perror("realloc fail"); } newnode->next = NULL; newnode->val = x; if (pq->ptail == 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(pq->phead); if (pq->phead == pq->ptail) { free(pq->phead); pq->phead = pq->ptail = NULL; } else { QNode* next = pq->phead; pq->phead = pq->phead->next; free(next); } pq->size--; } // 获取队列头部元素 QDataType QueueFront(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->phead); return pq->phead->val; } // 获取队列队尾元素 QDataType QueueBack(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->ptail); return pq->ptail->val; } // 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); for (int i = 0; i < pq->size; i++) { QNode* next = pq->phead; pq->phead = pq->phead->next; free(next); } pq->phead = pq->ptail = NULL; }
