一、队列的概念及结构
1、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。
2、结构
（1）队列的顺序存储结构
- 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) 。
（2）队列的链表存储结构
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) 。
二、队列的实现
1、创建文件
- test.c（主函数、测试队列各个接口功能）
- Queue.c（队列接口函数的实现）
- Queue.h（队列的类型定义、接口函数声明、引用的头文件）
2、Queue.h 头文件代码
// Queue.h
// 链式结构：表示队列
#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdbool.h> //bool
#include<assert.h> // assert
#include<stdlib.h> // malloc
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode // 队列节点结构
{
struct QueueNode* next; // 节点指针
QDataType data; // 节点数据
}QueueNode;
typedef struct Queue // 队列的链式结构
{
QueueNode* head; //队头指针
QueueNode* tail; //队尾指针
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType data);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
// 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
bool QueueEmpty(Queue* pq); 三、Queue.c 中各个接口函数的实现
1、初始化队列
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = pq->tail = NULL;
}2、队列的销毁
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QueueNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QueueNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
cur = NULL;
pq->head = pq->tail = NULL;
}3、队尾入队列（尾插）
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode)); // 动态申请一个节点
newnode->data = x;
newnode->next = NULL; // 尾节点next指针置空
if (pq->head == NULL) // 队列为空
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else // 队列不为空
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode; // 更新队尾指针
}
}4、队头出队列（头删）
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
//温柔处理方式：
/* if(pq->head == NULL)
return; */
//暴力处理方式：
assert(!QueueEmpty(pq));
QueueNode* next = pq->head->next; // 记录头节点的直接后继
free(pq->head); // 释放头节点
pq->head = next; // 更新队头指针
if (pq->head == NULL) // 队列中只有一个节点
{
pq->tail = NULL;
}
}5、获取队列头部元素
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}6、获取队列队尾元素
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}7、获取队列中有效元素个数
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
int n = 0;
QueueNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
n++;
cur = cur->next;
}
return n;
}如果频繁调用这个接口函数，可以在 QueuePtr 中加一个 size 来记录数据的个数。
8、检查队列是否为空
// 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
bool QueueEmpty(Queue* pq);
{
assert(pq);
return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}四、整合代码
// Queue.c
#include "Queue.h"
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = pq->tail = NULL;
}
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QueueNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QueueNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
cur = NULL;
pq->head = pq->tail = NULL;
}
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode)); // 动态申请一个节点
newnode->data = x;
newnode->next = NULL; // 尾节点next指针置空
if (pq->head == NULL) // 队列为空
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else // 队列不为空
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode; // 更新队尾指针
}
}
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
QueueNode* next = pq->head->next; // 记录头节点的直接后继
free(pq->head); // 释放头节点
pq->head = next; // 更新队头指针
if (pq->head == NULL) // 队列中只有一个节点
{
pq->tail = NULL;
}
}
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
int n = 0;
QueueNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
n++;
cur = cur->next;
}
return n;
}
// 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
bool QueueEmpty(Queue* pq);
{
assert(pq);
return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}五、测试队列的功能
六、拓展
实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。环形队列可以使用数组实现，也可以使用循环链表实现。
