前言
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
队列和前文所学的栈还是有一定区别的，队列明确指出先进先出。假如说一个队列的入队顺序为A B C D，那么出队顺序一定为A B C D，因为无论你是在A进去再出来，然后B进去再出来接着CD进去再出来或者类似的，都不会影响它最终的出队顺序A B C D。这点和栈还是有区别的，毕竟栈是后进先出。
队列的结构
队列的应用场景
队列：
公平排队
广度优先遍历 ……
栈：
解决括号匹配
逆波兰表达式求解
递归改非递归 ……
队列的实现
在实现之前，首先得考虑用哪种结构好，是用数组结构还是链式结构呢？上文的栈我们使用的是数组结构，难道队列也要用吗？
其实不然。应该使用链式结构。前文栈删除数据不需要挪动数据，使用数组结构即可满足需求，而队列在删除数据时需要把后面的数据挪到前面，使用链式结构非常容易实现，只需改变节点指向即可，而数组结构想要实现挪动数据则非常麻烦。综上，使用链式结构是最优的。此外，单链表即可满足需求，不需要使用其余较为复杂的链式结构。
创建队列结构
思路：
这里要定义两个结构体，除了要定义1个链式结构来记录各个节点外，还要定义一个结构来记录队头和队尾。以此方便后续的队尾入数据，队头出数据。
Queue.h 文件：
//创建队列结构 typedef int QDataType; //方便后续更改存储数据类型，本文以int为例 //创建队列节点 typedef struct QueueNode { QDataType data; //存储数据 struct QueueNode* next; //记录下一个节点 }QNode; //保存队头和队尾 typedef struct Queue { QNode* head; //头指针 QNode* tail; //尾指针 }Queue;
队列初始化
- 思路：
队列可以为空，但是管理头指针和尾指针的结构体不能为空，所以一开始就要断言。其次，在插入数据前，队列肯定是空的，所以直接把头指针和尾指针置空即可。
- Queue.h 文件：
//初始化队列 void QueueInit(Queue* pq);
- Queue.c 文件：
//初始化队列 void QueueInit(Queue* pq) { assert(pq); pq->head = pq->tail = NULL; }
队列销毁
- 思路：
销毁队列就是把队列的每个数据都销毁掉，那么需要遍历链表进行挨个销毁free。首先定义一个cur指针为pq->head，用来保存第一个数据，遍历cur，如果不为空，就free。最后把tail和head置空即可。
- Queue.h 文件：
//销毁队列 void QueueDestory(Queue* pq);
- Queue.c 文件：
//销毁队列 void QueueDestory(Queue* pq) { assert(pq); QNode* cur = pq->head; while (cur) { QNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } pq->head = pq->tail = NULL; }
入队列
思路：
入队列其实很简单，只需要尾插即可，首先要新创建一个节点来保存新插入的数据。但是在尾插之前要考虑如果一开始队列没有数据，为空，那么只需要把head和tail节点指向新节点newnode节点即可。相反的，如果一开始就有数据，那么只需正常尾插把tail的next指向新节点newnode，再把newnode赋给tail即可。
- Queue.h 文件：
1. //入队列 2. void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
- Queue.c 文件：
//入队列 void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) { assert(pq); //创建一个新节点保存数据 QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); //暴力检测newnode，因为malloc的都要检测 assert(newnode); newnode->next = NULL; newnode->data = x; //如果一开始没有数据，为空的情况 if (pq->tail == NULL) { assert(pq->head == NULL); pq->head = pq->tail = newnode; } else { pq->tail->next = newnode; pq->tail = newnode; } }
出队列
思路：
特殊情况：
这里在删除数据时，首先要考虑特殊情况，当删到只剩一个数据时，再删一次，此时数据是没了，不过head为空了，而tail变成野指针了，为了避免此现象的产生，单独讨论并置空head和tail即可。
一般情况：
此时只需要定义一个next指针保存head的下一个节点，将head移动到next即可，并把旧的head置空。
- Queue.h 文件：
1. //出队列 2. void QueuePop(Queue* pq);
- Queue.c 文件：
//出队列 void QueuePop(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->head && pq->tail); //tail和head均不能为空 //特殊：当删到head=tail的位置时 if (pq->head->next == NULL) { free(pq->head); pq->head = pq->tail = NULL; } //一般情况 else { //保存head的下一个节点 QNode* next = pq->head->next; free(pq->head); pq->head = next; } }
队列判空
- 思路：
如果head为空或者tail为空都是判空的条件，直接返回即可。
- Queue.h 文件：
//判空 bool QueueEmpty(Queue* pq);
- Queue.c 文件：
//判空 bool QueueEmpty(Queue* pq) { assert(pq); return pq->head == NULL; }
获取队列元素个数
思路：
求元素个数其实不难，只需要定义一个cur指针为第一个数据pq->head，定义变量size来记录个数。依次遍历cur，不为空，size就++。这种遍历的思想不复杂，但时间复杂度达到O(N)，不是太好，想要O(1)的话可以直接在当初定义结构体时多定义一个size变量，专门用来记录有效元素个数，每次入队列size++，出队列size--。这样实现是比较好的，不过为了封装成一个独立模块，还是采用遍历的方式。如下：
Queue.h 文件：
//获取有效元素个数 size_t QueueSize(Queue* pq);
- Queue.c 文件：
//获取有效元素个数 size_t QueueSize(Queue* pq) { assert(pq); QNode* cur = pq->head; size_t size = 0; while (cur) { size++; cur = cur->next; } return size; }
获取队列头部元素
- 思路：
首先要断言头部不能为空，如果头部都为空了，那还怎么能获得头部元素，其次直接返回头部head的数据即可。
- Queue.h 文件：
//获取队头元素 QDataType QueueFront(Queue* pq);
- Queue.c 文件：
//获取队头元素 QDataType QueueFront(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->head); //头部不能为空 return pq->head->data; }
获取队列尾部元素
- 思路：
有了获取队头元素的经验，队尾就更简单了，把head换位tail即可，结构与上文一样。
- Queue.h 文件：
1. //获取队尾元素 2. QDataType QueueBack(Queue* pq);
- Queue.c 文件：
//获取队尾元素 QDataType QueueBack(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->tail); //尾部不能为空 return pq->tail->data; }
总代码
Queue.h 文件
#pragma once #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<assert.h> #include<stdbool.h> //创建队列结构 typedef int QDataType; //方便后续更改存储数据类型，本文以int为例 //创建队列节点 typedef struct QueueNode { QDataType data; //存储数据 struct QueueNode* next; //记录下一个节点 }QNode; //保存队头和队尾 typedef struct Queue { QNode* head; //头指针 QNode* tail; //尾指针 }Queue; //初始化队列 void QueueInit(Queue* pq); //销毁队列 void QueueDestory(Queue* pq); //入队列 void QueuePush(Queue* pq, QDataType x); //出队列 void QueuePop(Queue* pq); //判空 bool QueueEmpty(Queue* pq); //获取有效元素个数 size_t QueueSize(Queue* pq); //获取队头元素 QDataType QueueFront(Queue* pq); //获取队尾元素 QDataType QueueBack(Queue* pq);
Queue.c 文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"Queue.h" //初始化队列 void QueueInit(Queue* pq) { assert(pq); pq->head = pq->tail = NULL; } //销毁队列 void QueueDestory(Queue* pq) { assert(pq); QNode* cur = pq->head; while (cur) { QNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } pq->head = pq->tail = NULL; } //入队列 void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) { assert(pq); //创建一个新节点保存数据 QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode)); //暴力检测newnode，因为malloc的都要检测 assert(newnode); newnode->next = NULL; newnode->data = x; //如果一开始没有数据，为空的情况 if (pq->tail == NULL) { assert(pq->head == NULL); pq->head = pq->tail = newnode; } else { pq->tail->next = newnode; pq->tail = newnode; } } //出队列 void QueuePop(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->head && pq->tail); //tail和head均不能为空 //特殊：当删到head=tail的位置时 if (pq->head->next == NULL) { free(pq->head); pq->head = pq->tail = NULL; } //一般情况 else { //保存head的下一个节点 QNode* next = pq->head->next; free(pq->head); pq->head = next; } } //判空 bool QueueEmpty(Queue* pq) { assert(pq); return pq->head == NULL; } //获取有效元素个数 size_t QueueSize(Queue* pq) { assert(pq); QNode* cur = pq->head; size_t size = 0; while (cur) { size++; cur = cur->next; } return size; } //获取队头元素 QDataType QueueFront(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->head); //头部不能为空 return pq->head->data; } //获取队尾元素 QDataType QueueBack(Queue* pq) { assert(pq); assert(pq->tail); //尾部不能为空 return pq->tail->data; }
Test.c 文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"Queue.h" void TestQueue() { Queue q; QueueInit(&q); //插入数据 QueuePush(&q, 1); QueuePush(&q, 2); QueuePush(&q, 3); QueuePush(&q, 4); //打印 while (!QueueEmpty(&q)) { printf("%d ", QueueFront(&q)); QueuePop(&q); } printf("\n"); } int main() { TestQueue(); return 0; }
