文章目录
数据结构系列文章：
【数据结构入门】顺序表（SeqList）详解（初始化、增、删、查、改）
【数据结构入门】无头单向非循环链表（SList）详解（定义、增、删、查、改） | 图解链表，超生动详细哦~
【数据结构入门】带头双向循环链表（List）详解（定义、增、删、查、改） | 配有大量图解，超详细哦~
【数据结构入门】栈（Stack）的实现（定义、增、删、查、改）| 图解数据结构，超详细哦~
（1）前言
1）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) 的特点。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。
入队出队形式：一种入队顺序，只有一种出队顺序。
队列的应用：比如生活中排队买东西，先排队的先购买，平时我们用微信聊天，用键盘进行各种数字的输入，到聊天框中输出，也是队列的应用。
2）队列的结构
- 队列的顺序结构
入队，不需要移动任何元素，时间复杂度为O(1)
出队，所有元素需要往前移动，时间复杂度为O(N)
- 队列的链式结构
首先我们定义两个指针，队头指针指向第一个节点，队尾指针指向尾节点
入队（尾插），时间复杂度为O(1)
出队（头删），时间复杂度为O(1)
（2）队列的实现（链式结构）
首先新建一个工程（ 博主使用的是 VS2019 ）
- Queue.h（队列的类型定义、接口函数声明、引用的头文件）
- Queue.c（队列接口函数的实现）
- Test.c（主函数、测试队列各个接口功能）
Queue.h 头文件代码如下：
#pragma once
#include<stdio.h> /*printf*/
#include<stdbool.h> /*bool*/
#include<assert.h> /*assert*/
#include<stdlib.h> /*malloc*/
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode //队列节点结构
{
QDataType data; //节点数据
struct QueueNode* next; //节点指针
}QueueNode;
/*
我们实现无头链表的头插头删接口时，因为需要改变头指针的指向
有以下这样方法：
1、传二级指针
2、改变返回值，返回新的头
3、给链表增加一个哨兵位的头节点
4、结构体包起来
*/
typedef struct QueuePtr //队列的链式结构
{
QueueNode* phead; //队头指针
QueueNode* ptail; //队尾指针
}LinkQueue;
//初始化队列
void QueueInit(LinkQueue* pQ);
//销毁队列
void QueueDestroy(LinkQueue* pQ);
//入队（尾插）
void QueuePush(LinkQueue* pQ, QDataType x);
//出队（头删）
void QueuePop(LinkQueue* pQ);
//获取队列元素个数
int QueueSize(LinkQueue* pQ);
//获取队头元素
QDataType QueueFront(LinkQueue* pQ);
//获取队尾元素
QDataType QueueBack(LinkQueue* pQ);
//检查队列是否为空
bool QueueEmpty(LinkQueue* pQ);
这里重点讲解 Queue.c 中各个接口函数的实现。
1）队列的定义
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode //队列节点结构
{
QDataType data; //节点数据
struct QueueNode* next; //节点指针
}QueueNode;
typedef struct QueuePtr //队列的链式结构
{
QueueNode* phead; //队头指针
QueueNode* ptail; //队尾指针
}LinkQueue;
2）队列的初始化
//初始化队列
void QueueInit(LinkQueue* pQ)
{
assert(pQ);
//队列为空
pQ->phead = pQ->ptail = NULL;
}
3）队列的销毁
//销毁队列
void QueueDestroy(LinkQueue* pQ)
{
assert(pQ);
QueueNode* cur = pQ->phead;
while (cur) //遍历链式队列
{
QueueNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
cur = NULL;
pQ->phead = pQ->ptail = NULL; //队列为空
}
4）入队（尾插）
要分为两种情况讨论，队列为空和队列不为空
//入队（尾插）
void QueuePush(LinkQueue* pQ, QDataType x)
{
assert(pQ);
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode)); //动态申请一个节点
if (newnode == NULL) //检查是否申请成功
{
perror("malloc");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL; //尾节点next指针置空
if (pQ->phead == NULL) //队列为空
{
pQ->phead = newnode;
}
else //队列不为空
{
pQ->ptail->next = newnode;
}
pQ->ptail = newnode; //更新队尾指针
}
- 测试其用例
5）出队（头删）
队列不能为空哦，记得在最开头检查一下
//出队（头删）
void QueuePop(LinkQueue* pQ)
{
assert(pQ);
assert(!QueueEmpty(pQ)); //队列不能为空
if (pQ->phead == pQ->ptail) //队列中只有一个节点
{
free(pQ->phead);
pQ->phead = pQ->ptail = NULL;
}
else
{
QueueNode* next = pQ->phead->next; //记录头节点的直接后继
free(pQ->phead); //释放头节点
pQ->phead = next; //更新队头指针
}
}
6）获取队列元素个数
//获取队列元素个数
//如果会频繁调用这个接口函数，可以在QueuePtr中加一个size记录数据个数
int QueueSize(LinkQueue* pQ)
{
assert(pQ);
int size = 0;
QueueNode* cur = pQ->phead;
while (cur) //遍历链表
{
size++;
cur = cur->next;
}
return size;
}
7）获取队头元素
队列为空是获取不了元素的哦，记得检查一下
//获取队头元素
QDataType QueueFront(LinkQueue* pQ)
{
assert(pQ);
assert(!QueueEmpty(pQ)); //队列不能为空
return pQ->phead->data;
}
8）获取队尾元素
队列为空是获取不了元素的哦，记得检查一下
//获取队尾元素
QDataType QueueBack(LinkQueue* pQ)
{
assert(pQ);
assert(!QueueEmpty(pQ)); //队列不能为空
return pQ->ptail->data;
}
9）检查队列是否为空
//检查队列是否为空，若为空返回true，否则返回false
bool QueueEmpty(LinkQueue* pQ)
{
assert(pQ);
return pQ->phead == NULL && pQ->ptail == NULL;
}
大家快去动手实现一下吧！