数据结构（初阶）（六）----队列

队列

概念与结构

概念：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) 的原则。

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

队列底层结构选型

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。

队列的实现

头文件Queue.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

//队列结点结构
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

//队列结构
typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;	//队头
	QueueNode* ptail;	//队尾
	int size;			//记录有效数据个数
}Queue;
//打印队列
void QueuePrint(Queue* pq);
//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestory(Queue* pq);
//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//出队
void QueuePop(Queue* pq);
//取队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//队列有效数据个数
int QueueSize(Queue* pq);

实现Queue.c

队列与结点结构

//队列结点结构
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

//队列结构
typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead;	//队头
	QueueNode* ptail;	//队尾
	int size;			//记录有效数据个数
}Queue;

打印

//打印队列
void QueuePrint(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		printf("%d ", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

初始化

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

销毁

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);	
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
}

入队

//入队
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newNode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	newNode->data = x;
	newNode->next = NULL;

	//队列为空
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newNode;
	}else{//不为空
		pq->ptail->next = newNode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
	++pq->size;
}

队列判空

//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == 0;
}

出队

//出队
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//出队的是头结点
	//当队列中只有一个结点时
	if (pq->phead == pq->ptail)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}else {
		QueueNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	--pq->size;
}

取队头元素

//取队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead->data;
}

取队尾元素

//取队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->ptail->data;
}

队列有效数据个数

可以选择遍历队列，但是使用size次数较多，循环遍历，额外浪费时间
也可以在定义队列结构时，加上int size作为计数器

//队列有效数据个数
//int QueueSize(Queue* pq)
//{
//	int size = 0;
//	QueueNode* pcur = pq->phead;
//	while (pcur)
//	{
//		++size;
//		pcur = pcur->next;
//	}
//	return size;
//}
int QueueSize(Queue* pq)
{
	return pq->size;
}

测试文件test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"Queue.h"

void test1()
{
	Queue q;
	//初始化
	QueueInit(&q);
	//入队
	QueuePush(&q,1);
	QueuePush(&q,2);
	QueuePush(&q,3);
	QueuePush(&q,4);

	//打印队列
	QueuePrint(&q);

	出队
	//QueuePop(&q);
	//QueuePop(&q);
	//QueuePop(&q);

	//取队头元素
	QDataType head = QueueFront(&q);
	printf("队头元素：%d\n", head);
	
	//取队头元素
	QDataType tail = QueueBack(&q);
	printf("队尾元素：%d\n", tail);
	
	//队列有效数据个数
	int size = QueueSize(&q);
	printf("有效数据个数：%d\n", size);

	//销毁
	QueueDestory(&q);
}

int main()
{
	test1();
	return 0;
}