【数据结构】队列

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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。

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。

所以下文采用 链表 结构。

队列结点定义如下：

typedef int QDataType;

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

typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;

接口定义

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
// 判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
// 获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);

初始化队列

把队列头尾指针置空。

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

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

正确结果

队尾入队列

注意：

1. 空链表分开讨论

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	// 创建新结点
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;

	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

测试结果

队头出队列

注意：

1. 空链表判断
2. 更改头指针指向
3. 链表删成空链表时，要注意尾指针置为空，否则野指针存在风险

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

	QueueNode* next = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = next;

	if (pq->head == NULL)
	{
		// 链表此时已经为空
		pq->tail = NULL;
	}
}

删完数据成为空链表的情况

判断队列是否为空

队列为空的情况：pq->head == NULL

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->head == NULL;
}

获取队列头部元素

注意：

1. 判断链表非空

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

	return pq->head->data;
}

获取队列尾部元素

注意：

1. 判断链表非空
2. 使用尾指针直接索引

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

	return pq->tail->data;
}

获取队列中有效元素个数

遍历思想。

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

	int n = 0;
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur) 
	{
		++n;
		cur = cur->next;
	}
	return n;
}

销毁队列

程序中队列的结构

所以需要逐个释放链表结点。 最后需要把head 和 tail 同时置为空。

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

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