【数据结构与算法】队列的实现

🌠作者：@阿亮joy.
🎆专栏：《数据结构与算法要啸着学》
🎇座右铭：每个优秀的人都有一段沉默的时光，那段时光是付出了很多努力却得不到结果的日子，我们把它叫做扎根

👉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)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

队列的结构在生活中非常地常见，比如排队时的抽号机就是一个典型的队列结构。那队列如何实现呢？我们一起来看一下。

👉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，需要挪动数据，时间复杂度为O(N)，效率会比较低。

Queue.h

#pragma once
#include 
#include 
#include 
#include 

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* head; // 头指针
	QNode* tail; // 尾指针
	int size;    // 节点的个数
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
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队列要实现的函数接口有：初始化队列、销毁队列、数据入队、数据出队、返回队头的数据、返回队尾的数据、判断队列是否为空以及队列中数据的个数。这些接口实现起来也不是很难，我们一起来看一下。

Queue.c

#include "Queue.h"

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

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

	// 队列中没有节点
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	// 队列中只有一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(del);
		//del = NULL;
	}

	pq->size--;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size == 0;
	//return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}
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初始化队列

头指针和尾指针都指向空，队列元素个数初始化为0

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}
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销毁队列

利用while循环将申请的节点一一释放掉，然后头指针pq->head和尾指针pq->tail指向空，栈的数据个数置为 0pq->size = 0

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}
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数据入队

1.申请新的节点newnode newnode->data = x,newnode->next = NULL
2.数据入队：当pq->tail == NULL时，队列中没有节点，那么头指针和尾指针都赋值为newnode pq->head = pq->tail = newnode；当pq->tail != NULL时，队列中有节点，那么尾部链接上新节点newnode，然后newnode成为新的尾结点。
3.队列数据个数加一pq->size++

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

	// 队列中没有节点
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

	pq->size++;
}
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数据出队

1.判断队列是否为空
2.数据出队：当pq->head->next == NULL时，队列中只有一个节点，释放该节点，头指针和尾指针都指向空；当pq->head->next != NULL时，释放让头指针指向当前节点的下一个节点，释放原来的头节点
3.队列数据个数减一pq->size--

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	// 队列中只有一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(del);
		//del = NULL;
	}

	pq->size--;
}
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返回队头数据

先判断队列是否为空，不为空时，返回队头数据。

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->head->data;
}
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返回队尾数据

先判断队列是否为空，不为空时，返回队尾数据。

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));

	return pq->tail->data;
}
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判断队列是否为空

判断队列是否为空有两种方式：1.判断pq->size等不等于 0；2.判断头指针pq->head和尾指针pq->tail是否等于空指针NULL

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size == 0;
	//return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}
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队列中数据的个数

直接返回队列数据的个数pq->size

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}
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Test.c

以下为测试函数接口的代码，大家可以参考一下。需要注意的是，打印队列中的数据是通过打印队头数据、Pop掉队头数据的方式来实现的。

#include "Queue.h"

void QueueTest()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);

	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);

	QueuePush(&q, 4);
	QueuePush(&q, 5);
	QueuePush(&q, 6);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");

	QueueDestroy(&q);
}

int main()
{
	QueueTest();

	return 0;
}
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👉总结👈

本篇博客主要讲解了队列的实现，最重要的函数接口是数据入队和数据出队。在下一篇博客，本人将给大家带来几道 OJ 题，大家可以期待一下。以上就是本篇博客的全部内容了，如果大家觉得有收获的话，可以点个三连支持一下！谢谢大家啦！💖💝❣️