【数据结构初阶】六、线性表中的队列（链式结构实现队列）

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相关代码gitee自取：

C语言学习日记: 加油努力 (gitee.com)

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接上期：

【数据结构初阶】五、线性表中的栈（顺序表实现栈）_高高的胖子的博客-CSDN博客

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1 . 队列（Queue）

队列的概念和结构：

队列的概念

  • 队列是一种只允许在一端执行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表
                      
  • 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
                
  • 队列中的数据元素遵守
    先进先出（FIFO -- First In First Out）的原则 -- 先进入的元素会先出来
    所以可以应用在公平性排队(抽号机)、BFS(广度优先遍历)
                        

队列的结构

         

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

             

2 . 队列的实现

                

使用 顺序表(数组) 或 链表(链式结构) 都可以实现队列，

使用顺序表的话，入队列比较简单，但在出队列时需要删除和挪动数据，效率较低，

所以下面用链表(链式结构)实现队列  --  单向 + 无头 + 非循环 链表

入队 -- 单链表尾部插入(尾插)         ；      出队 -- 单链表头部删除(头删)

               

（详细解释在图片的注释中，代码分文件放下一标题处）

               

实现具体功能前的准备工作

  • 定义队列(链式结构)中数据域存储的数据类型
                               
  • 定义队列(链式结构)结点类型
    包含 队列指针域 和 队列数据域
                 
  • 定义队列类型
    包含 头结点指针 、尾结点指针 和 队列结点(元素)个数
图示

            

            

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QueueInit函数 -- 将队列进行初始化

  • assert断言队列类型指针不为空
                               
  • 将队头结点置为空
    将队尾结点置为空
    队列结点(元素)个数置为0
图示

            

            

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QueueDestroy函数 -- 将队列销毁

  • assert断言队列类型指针不为空
                               
  • 创建一个在队列进行遍历的指针cur
    使用while循环进行遍历释放队列结点
                 
  • 结点都释放后，把队头队尾指针都置空
                   
  • 再把队列结点(元素)个数置为0
图示

            

            

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QueuePush函数 -- 用链表的尾插操作实现入队

  • assert断言队列类型指针不为空
                               
  • 为队列结点开辟动态空间并检查空间开辟情况
                 
  • 结点开辟成功后
    将尾插值(x)赋给队列结点的数据域并将指针域置为空
                   
  • 空间开辟后进行尾插
    如果队列刚初始化队列为空，将刚开辟的结点newnode地址赋给头尾结点指针
    队列不为空，正常进行尾插操作
                
  • 插入数据后队列结点(元素)个数++
图示

            

            

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QueuePop函数 -- 用链表的头删操作实现出队

  • assert断言队列类型指针不为空和队列不为空
                               
  • 出队(头删)分两种情况：
    队列中只剩一个结点 -- 头删后头指针移动，尾指针也要移动
    队列不止一个结点 -- 头删后只需移动队头结点
                 
  • “删除”后队列结点(元素)个数--
图示

            

            

---------------------------------------------------------------------------------------------

            

QueueFront函数 -- 返回队头结点的数据域数据

  • assert断言队列类型指针不为空和队列不为空
                               
  • 队列有数据，则直接返回队头结点数据域数据
图示

            

            

---------------------------------------------------------------------------------------------

            

QueueBack函数 -- 返回队尾结点的数据域数据

  • assert断言队列类型指针不为空和队列不为空
                               
  • 队列有数据，则直接返回队尾结点数据域数据
图示

            

            

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QueueEmpty函数 -- 判断队列是否为空

  • assert断言队列类型指针不为空
                               
  • 直接判断队头结点指向的下个结点是否为空，直接返回判断结果
图示

            

            

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QueueSize函数 -- 判断队列结点(元素)个数

  • assert断言队列类型指针不为空
                               
  • 直接返回size队列结点(元素)个数
图示

            

            

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总体测试：

         

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

             

3 . 对应代码

Queue.h -- 队列头文件

#pragma once//包含之后需要的头文件：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>//以链表（链式结构）实现队列：
//双向+循环 的链表可以解决找尾结点的问题，
//定义一个尾指针也可以解决该问题，
//哨兵位 可以解决二级指针的问题，
//且尾插时可以少一层判断，但还有方法可以解决//定义队列(链式结构)中数据域存储的数据类型：
typedef int QDataType;//定义队列(链式结构)结点类型：
typedef struct QueueNode
{//队列指针域：struct QueueNode* next;//队列数据域：QDataType data;}QNode; //将类型重命名为Qnode//定义队列类型：
typedef struct Queue
{//因为用链表尾插实现入队，//用链表头删实现出队，//那么就需要头结点和尾结点的指针，//所以可以直接将这两个指针封装为一个类型，//队列类型：//头结点指针：QNode* head;//尾结点指针：QNode* tail;//记录队列结点(元素)个数：int size; //这样之后在出队和入队操作时，//就不需要用到二级指针，//直接接收这个结构体指针，//通过结构体指针运用结构体里的头尾结点指针，//再用头尾结点指针定义头尾结点//来实现 二级指针、带哨兵位头结点 和 返回值 的作用//所以现在已知的通过指针定义结点的方法就有4种：//		1. 结构体包含结点指针//		2. 二级指针调用结点指针//		3. 哨兵位头结点指针域next指向结点地址//		4. 返回值返回改变的结点指针}Que; //重命名为Que//队列初始化函数 -- 将队列进行初始化
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
void QueueInit(Que* pq);//队列销毁函数 -- 将队列销毁
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
void QueueDestroy(Que* pq);//队列入队函数 -- 用链表的尾插操作实现入队
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 、尾插值
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);//队列出队函数 -- 用链表的头删操作实现出队
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
void QueuePop(Que* pq);//队头函数 -- 返回队头结点的数据域数据
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
QDataType QueueFront(Que* pq);//队尾函数 -- 返回队尾结点的数据域数据
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
QDataType QueueBack(Que* pq);//判空函数 -- 判断队列是否为空
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
bool QueueEmpty(Que* pq);//队列大小函数 -- 判断队列结点(元素)个数
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
int QueueSize(Que* pq);

            

            

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Queue.c -- 队列函数实现文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1//包含队列头文件：
#include "Queue.h"//队列初始化函数 -- 将队列进行初始化
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
void QueueInit(Que* pq)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//将队头结点置为空：pq->head = NULL;//将队尾结点置为空：pq->tail = NULL;//队列结点(元素)个数置为0：pq->size = 0;
}//队列销毁函数 -- 将队列销毁
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
void QueueDestroy(Que* pq)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//释放队列跟单链表的释放一样//先创建一个在队列进行遍历的指针：QNode* cur = pq->head; //从队头结点开始//使用while循环进行遍历释放队列结点：while (cur != NULL)	{//先保存下个结点：QNode* next = cur->next;//再释放当前结点：free(cur);//再指向下个结点：cur = next;}//结点都释放后，把队头队尾指针都置空：pq->head = NULL;pq->tail = NULL;//再把队列结点(元素)个数置为0：pq->size = 0;
}//队列入队函数 -- 用链表的尾插操作实现入队
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 、尾插值
void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//入队放入元素需要空间，//所以要先为队列结点开辟动态空间：QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));//检查是否开辟成功：if (newnode == NULL){//开辟失败则打印错误信息：perror("malloc fail");//终止程序：exit(-1);}//队列结点完成后将尾插值(x)//赋给队列结点数据域：newnode->data = x;//指针域指向空：newnode->next = NULL;//空间开辟后进行尾插：if (pq->tail == NULL)//如果队列刚初始化，队列为空，//头结点指针和尾结点指针都为空：{//那么将刚开辟的结点newnode地址//赋给头结点指针和尾结点指针pq->head = newnode;pq->tail = newnode;}else//队列不为空，进行尾插：{//将目前队尾结点指针域next指向尾插结点：pq->tail->next = newnode;//然后再指向尾插结点，成为新队尾结点：pq->tail = newnode;}//插入数据后队列结点(元素)个数++：pq->size++;
}//队列出队函数 -- 用链表的头删操作实现出队
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
void QueuePop(Que* pq)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//assert断言队列不为空，没数据不能删除：  assert(QueueEmpty != true); //不为空就继续程序//如果队列中只剩一个结点：if (pq->head->next == NULL)//队头指针指向空，说明只剩一个结点，//只剩一个结点说明队头队尾指针都指向这一个结点，//所以这时头删后头指针移动，尾指针也要移动{//先释放("删除")队列目前头结点：free(pq->head);//删除后将队头队尾指针都置为空：pq->head = NULL;pq->tail = NULL;}else//队列不止一个结点，则头删后只需移动队头结点：{//用链表的头删操作实现出队,//先保存第二个结点地址：QNode* next = pq->head->next;//释放("删除")队列目前头结点：free(pq->head);//再将队头结点指针指向原本第二个结点next，//让其成为新的队头结点：pq->head = next;}//“删除”后队列结点(元素)个数--：pq->size--; 
}//队头函数 -- 返回队头结点的数据域数据
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
QDataType QueueFront(Que* pq)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//assert断言队列不为空，没数据不能查找：  assert(QueueEmpty != true); //不为空就继续程序//队列有数据，则直接返回队头结点数据域数据：return pq->head->data;
}//队尾函数 -- 返回队尾结点的数据域数据
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
QDataType QueueBack(Que* pq)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//assert断言队列不为空，没数据不能查找：  assert(QueueEmpty != true); //不为空就继续程序//队列有数据，则直接返回队尾结点数据域数据：return pq->tail->data;
}//判空函数 -- 判断队列是否为空
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
bool QueueEmpty(Que* pq)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//直接判断队头结点指向的下个结点是否为空：return pq->head == NULL; //是则返回true -- 队列为空//是则返回false -- 队列不为空
}//队列大小函数 -- 判断队列结点(元素)个数
//接收队列类型指针(包含链表头尾结点) 
int QueueSize(Que* pq)
{//assert断言队列类型指针不为空：assert(pq != NULL);//直接返回size队列结点(元素)个数：return pq->size;
}

            

            

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Test.c -- 队列测试文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1//包含队列头文件：
#include "Queue.h"//队列测试函数：
void TestQueue()
{//创建队列类型：Que q;//对队列类型进行初始化：QueueInit(&q);//进行入队操作：QueuePush(&q, 1);QueuePush(&q, 2);QueuePush(&q, 3);QueuePush(&q, 4);QueuePush(&q, 5);//当前队尾值：printf("当前队尾值：%d\n", QueueBack(&q));//当前队列元素个数：printf("当前队列元素个数：%d\n", QueueSize(&q));//换行：printf("\n");//使用while循环遍历进行出队：//（类似抽号机，当前号抽完就到下个号）while (!QueueEmpty(&q))//队列不为空就继续出队：{//打印出队值：printf("当前出队值为：%d\n", QueueFront(&q));//进行出队：QueuePop(&q); //出队后打印下个出队值}//换行：printf("\n");//当前队列元素个数：printf("当前队列元素个数：%d", QueueSize(&q));//销毁队列：QueueDestroy(&q);
}//主函数：
int main()
{//调用队列测试函数：TestQueue();return 0;
}

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