数据结构之队列

什么是队列

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列的特性总结为：先进先出。这种特性在日常中类似于排队，先来的先进行服务！

队列的实现

我们使用链表实现队列，一个头节点和一个节点表示队列的头部和尾部。出队列和入队列的时间复杂度为 O(1)。空间复杂度为 O(n)

单向队列

队列是只允许在一端进行插入操作,在另外一段进行删除操作的线性表，队列不允许在中间部位进行操作

循环队列

为充分利用向量空间，克服"假溢出"现象的方法是：将向量空间想象为一个首尾相接的圆环，并称这种向量为循环向量。存储在其中的队列称为循环队列。循环队列是把顺序队列首尾相连，把存储队列元素的表从逻辑上看成一个环，成为循环队列。

双向队列

双端队列是一种两端都可以删除元素和追加元素的线性结构。双端队列比普通的队列更加灵活。双端队列可以用双向链表实现。

单向队列的实现方式:

节点定义

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct Node
{
    // 节点的值
    int val;
    // 节点的在一个节点
    struct Node *next;
} Node;

typedef struct Queue
{
    /* data */
    // 队列的头节点
    Node *head;
    // 队列的尾节点
    Node *tail;
    // 队列的元素数量
    int len;
} Queue;

//  初始化队列
Queue *init()
{
    // 申请空间
    Queue *q = malloc(sizeof(Queue));
    // 初始化成员属性
    q->head = q->tail = NULL;
    q->len = 0;
    return q;
}

入队操作

// 元素入队列
void push(Queue *q, int val)
{
    // 申请空间
    Node *node = malloc(sizeof(Node));
    node->val = val;
    node->next = NULL;
    // 判断队列是不是为空
    if (q->len == 0)
    {
        // 直接赋值
        q->head = q->tail = node;
    }
    else
    {
        // 将元素添加至队列末尾
        q->tail->next = node;
        q->tail = node;
    }
    // 长度 + 1
    q->len++;
}

出队操作

// 元素出队列
int pop(Queue *q)
{
    if (q->len > 0)
    {
        // 获取头节点的值
        Node *h = q->head;
        int val = h->val;
        // 没有其他元素重置为NULL
        if (h->next == NULL)
        {
            q->head = q->tail = NULL;
        }
        else
        {
            q->head = h->next;
        }
        // 释放节点空间
        free(h);
        q->len--;
        return val;
    }
    return 0xFFFFFF;
}

其他操作

// 返回队列的长度
int size(Queue *q)
{
    if (q == NULL)
    {
        return -1;
    }
    return q->len;
}

void printQueue(Queue *q)
{
    if (q != NULL)
    {
        Node *h = q->head;
        while (h != NULL)
        {
            printf("%d->", h->val);
            h = h->next;
        }
        printf("\n");
    }
}

// 销毁队列
void destory(Queue *q)
{
    if (q != NULL)
    {
        // 逐个释放节点的元素
        Node *h = q->tail;
        while (h != NULL)
        {
            free(h);
            h = h->next;
        }
        // 释放队列
        free(q);
    }
}

测试结果

int main()
{
    Queue *queue = init();
    push(queue, 10);
    push(queue, 11);
    push(queue, 12);
    push(queue, 13);
    push(queue, 14);
    printQueue(queue);
    printf("%d\n", size(queue));
    printf("%d\n", pop(queue));
    printf("%d\n", size(queue));
    printQueue(queue);
    destory(queue);
    return 0;
}
/*
10->11->12->13->14->
5
10
4
11->12->13->14->
*/

队列的应用

从队列的特性中我们可以看到，队列主要用在先来先服务的场景中。生活中与之相关的就是 12306 的候补买票了以及一些排队的场景下，这种顺序服务的思想在一些消息队列当中也有体现。

相关的代码我已上传到 gitlab: gitlab.com/BitLegend/c…

此后的数据结构代码我都会上传在这个仓库中，需要的同学可以自己下载

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