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[数据结构 -- C语言] 队列(Queue)
目录
1、队列
1.1 队列的概念及结构
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
2、队列的实现
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。本篇文章就是用链表实现队列。
2.1 接口
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
// 链式结构:表示队列
typedef int QDataType;
typedef struct QListNode
{
struct QListNode* next;
QDataType data;
}QNode;
// 队列的结构
typedef struct Queue
{
QNode* front;
QNode* rear;
int size;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 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
int QueueEmpty(Queue* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
3、接口的实现
3.1 初始化队列
我们将队头指针与队尾指针都置为 NULL,并将队列的大小赋值为 0。
void QueueInit(Queue* q)
{
assert(q);
q->front = NULL;
q->rear = NULL;
q->size = 0;
}
3.2 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
assert(q);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail:");
return;
}
newnode->data = data;
newnode->next = NULL;
if (q->rear == NULL)
{
assert(q->front == NULL);
q->front = q->rear = newnode;
}
else
{
q->rear->next = newnode;
q->rear = newnode;
}
q->size++;
}
分析:
我们是以链表实现队列的,所以每次入队的时候我们都要 malloc 一个 newnode 结点出来,将 newnode->data = data,newnode->next = NULL。
下来就是连接了:
我们要考虑这个结点是否是队列的第一个结点。
1、是队列的第一个结点的话,我们让头尾指针都指向这个结点(q->front = q->rear = newnode);
2、不是队列的第一个结点,我们将尾指针的next赋值为新节点(q->rear->next = newnode;), 再让尾指针指向新节点( q->rear = newnode;);
3、让队列的 size++。
3.3 队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
//1.一个结点
if (q->front->next == NULL)
{
free(q->front);
q->front = q->rear = NULL;
}
else//2.多个结点
{
QNode* next = q->front->next;
free(q->front);
q->front = next;
}
q->size--;
}
分析:
出队的时候要考虑队列是否是一个结点:
1、队列中只有一个结点,我们将这一个结点释放掉后(free(q->front)),将头、尾指针都置空(q->front = q->rear = NULL);
2、队列中有多个结点,那我们就将队头的下一个结点先保存起来(next = q->front->next),然后将队头释放掉(free(q->front)),最后让队头指向释放前队头的下一个结点(q->front = next);
3、最后让队列的 size--。
3.4 获取队列头部元素
取队头元素时,我们先要对队列进行判空,如果队列为空,那就不存在队头元素。
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->front->data;
}
3.5 获取队列尾部元素
取队尾元素时,我们先要对队列进行判空,如果队列为空,那就不存在队尾元素。
QDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->rear->data;
}
3.6 获取队列中有效元素个数
我们在创建队列的结构体时,在里面创建了一个变量 size,它专门记录队列中的元素个数,所以在这我们只要返回 q->size就可以了。如果没有定义 size 变量的话,我们遍历一遍队列,用计数器来统计一下个数也是可以的。
int QueueSize(Queue* q)
{
assert(q);
return q->size;
}
3.7 检测队列是否为空
3.7.1 int 类型接口
这里我们约定,为空返回非 0,非空返回 0。
int QueueEmpty(Queue* q)
{
assert(q);
if (0 == q->size)
return 1;
else
return 0;
}
3.7.2 bool 类型接口
直接判断队头是否为空,队头为空队列就是空。
bool QueueEmpty(Queue* q)
{
assert(q);
return q->front == NULL;
}
3.8 销毁队列
销毁我们已经写的很多了,这就直接拿捏。我们先将单链表进行释放,这里有一个注意点,我们要先记下下一个位置,然后释放当前位置,然后将下个位置再交给当前位置来迭代。最后将头、尾指针置空,再将 size 置0。
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
QNode* cur = q->front;
while (cur)
{
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
q->front = q->rear = NULL;
q->size = 0;
}
4、完整代码
完整代码在代码仓库,入口:C语言: C语言学习的代码,多复习 - Gitee.com