数据结构与算法07——链队列

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关于队列的介绍,在前面一篇 循环队列 已经说过。我们来看看第二种队列——链队列。 物理结构为链式存储结构的队列,对内存空间的利用率更高。

链式队列的表示

是不是似曾相识的结构?链栈,再看看链栈的表示

区别:
栈,新的元素添加在栈顶,而且栈顶先出;
队列,队尾进,队首出。

二者相反 所以,我们链队列的操作简单来说就是:

  • 进入队列 :Q.rear尾节点后追加新节点,将Q.rear指向新节点,新节点成队尾;
  • 出队列 :Q.front指向的首元节点出队列,Q.front指向首元节点的下一个节点

老规矩先定义数据结构

#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1

typedef int Status;/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等 */
typedef int ElemType;/* ElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int */

typedef struct QueueNode {
    ElemType data;
    struct QueueNode *next;
} QueueNode, *QueueNodePtr;

typedef struct {
    QueueNodePtr front;
    QueueNodePtr rear;
} LinkQueue;
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初始化

先创建一个头节点,让Q.front和Q.rear指向头节点,头节点的next为NULL

/// 初始化
Status InitQueue(LinkQueue *Q)
{
    // 初始队列为空,只有头节点,不是有效数据的节点
    *Q->front = *Q->rear = (QueueNodePtr)malloc(sizeof(QueueNode));
    if (*Q->front == NULL) return ERROR;
    
    // 头节点的后面为空
    *Q->front->next = NULL;
    
    return OK;
}
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判断队列为空

当队列为空时,恰入上图初始化的状态,只剩一个头节点,此时 Q.front == Q.rear

/// 判断是否为空
Status QueueEmpty(LinkQueue Q)
{
    if (Q.front == Q.rear) return TRUE;
    return FALSE;
}
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进入队列

进入队列的操作,是将新元素,追加到rear指向的队尾之后,rear->next = 新元素,再将rear指向新元素,此时,新元素成为队尾。因为不受存储空间限制(内存占满另说),所以不需要一开始就判断是否队满,也没有队满的操作。

  • 创建新节点p
  • 追加到队尾
  • 队列的rear指向p,标记成新队尾

Status EnQueue(LinkQueue *Q, ElemType e)
{
    QueueNodePtr p = (QueueNodePtr)malloc(sizeof(QueueNode));
    if (p == NULL) return ERROR;
    
    p->data = e;
    p->next = NULL;
    // 追加到队尾
    *Q->rear->next = p;
    // 标记成队尾
    *Q->rear = p;
    
    return OK;
}
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出队列

出队列操作,是将首元节点从链队删除。

  • 判断队列是否为空
  • 找到队首节点head(此时已拿到节点,将该节点的data回调出去),等待删除
  • 更改标记head后面的节点s为首元节点,即head->next
  • 判断是否是最后一个节点,是的话,rear也指向头节点
  • 释放原首节点head

Status DeQueue(LinkQueue *Q, ElemType *e)
{
    if (QueueEmpty(*Q)) return ERROR;
    
    QueueNodePtr head;
    // 找到要删除的节点
    head = *Q->front->next;
    // 回调到函数外
    *e = head->data;
    // 更改头节点
    *Q->front->next = head->next;
    
    // 如果删到了队尾最后一个元素
    if (*Q->rear == head)
        *Q->rear = *Q->front;
    
    // 删除临时指针指向的头节点
    free(head);
    
    return OK;
}
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清空

仅清空头节点以外的全部节点,有头节点在,清空完,还能继续EnQueue()操作。又回到初始化后的状态

/// 清空队列
Status ClearQueue(LinkQueue *Q)
{
    if (*Q->front->next == NULL) return ERROR;
    
    
    QueueNodePtr temp, p; // 首元节点
    
    *Q->rear = *Q->front;
    p = *Q->front->next;
    *Q->front->next = NULL;
    
    // 此时只有temp指向首元节点
    while (p) {
        temp = p;
        p = p->next;
        free(temp);
    }
    
    return OK;
}
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销毁

销毁操作,和清空不一样,清空仅仅删除除头节点以外的所有节点,清空后还可以再入队。但是销毁已经彻底不使用,需要连头节点也一并free掉,所以代码中是从front开始,而非front->next。
已free所有的节点

/// 销毁队列
Status DestoryQueue(LinkQueue *Q)
{
    if (*Q->front->next == NULL) return ERROR;
    
    /*
     说明,头节点也是个malloc开辟的,也需要释放
     */
    while (*Q->front) {
        *Q->rear = *Q->front->next;
        free(*Q->front);
        *Q->front = *Q->rear;
    }
    
    return OK;
}
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获取队首

不更改队列,不破坏队列现有结构,仅查找。所以首元节的数据直接读取 Q.front->next->data,

Status GetHead(LinkQueue Q, ElemType *e)
{
    if (QueueEmpty(*Q)) return ERROR;
    
    *e = Q.front->next->data;
    
    return OK;
}
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iOS
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