【数据结构和算法初阶(C语言)】队列实操（概念实现+oj题目栈和队列的双向实现以及循环链表难点题目详解！）-编程知识

目录

1. 队列的概念及结构

2.队列结构存在的意义应用

3.队列实现的结构选择

4.队列实现

5.队列对数据的处理

5.1队列初始化

5.2队尾入数据

5.3队头出数据

5.4获取队列尾部元素

5.5获取队列头部元素

5.6获取队列中元素个数

5.7检测队列是否为空

5.8销毁队列

6.循环队列补充

7.使用队列实现栈

8.使用栈实现队列

9.实现循环队列

编辑

10.结语

1. 队列的概念及结构

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

2.队列结构存在的意义应用

①公平排队（决定公平性的东西）

不会出现插队问题（不过有竞争问题，两个窗口同时叫或者两个号码一起出---操作系统加速解决）

比如医院或者银行的排号---抽号机

②BFS广度优先

树，迷宫实现等

3.队列实现的结构选择

数组和链表都可以实现队列，但是链表的头插尾插，头删尾删要方便些，所以首选链表

单向还是双向：选择单向，双向的优势是方便找前一个1节点，没有这个需求。（找尾不是因为双向，双向循环方便找尾，但是单向加一个尾巴指针也可以解决）

是否需要带哨兵位的链表：哨兵位是为了解决二级指针（可以将头尾指针封装为结构体进行传参，这样就可以改变真实的指针了，所以哨兵位可要可不要），尾插少一次判断。

选择单向不循环链表即可实现。

4.队列实现

typedef  int QdataType;typedef struct QListNode
{struct QListNode* next;QdataType data;
}QNode;//将头尾指针封装为一个结构体，解决传递二级指针的问题typedef struct Queue
{QNode* head;QNode* tail;int size;//保存链表的大小
}Queue;

5.队列对数据的处理

5.1队列初始化

void QUeueInit(Queue* pq)//初始化队列
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}

5.2队尾入数据

void QueuePush(Queue* pq, QdataType x)//队列增加数据
{assert(pq);//首先传入的这个结构体要存在//申请到节点来创建QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc");}//新节点初始化newnode->data = x;newnode->next = NULL;//准备插入，看一下是不是第一次插入if (pq->tail == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;pq->size++;}else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = pq->tail->next;pq->size++;}
}

5.3队头出数据

void QueuepPop(Queue* pq, QdataType x)//队列删除元素
{assert(pq);assert(pq->size != 0);if (pq->head->next == NULL)//因为不是带哨兵位的，删除到最后一个位置防止尾指针成为野指针，单独处理{free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;pq->size--;}else{QNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;pq->size--;}}

5.4获取队列尾部元素

QdataType QueueBack(Queue* pq)//获取队列前后面元素
{assert(pq);assert(!QueueEmpty);return pq->tail->data;
}

5.5获取队列头部元素

QdataType QueueFront(Queue* pq)//获取队列前面元素
{assert(pq);assert(!QueueEmpty);return pq->head->data;
}

5.6获取队列中元素个数

int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

5.7检测队列是否为空

bool QueueEmpty(Queue* pq)//检测队列是否为空
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}

5.8销毁队列

void QueueDestory(Queue* pq)//销毁队列
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = cur->next;}pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}

6.循环队列补充

设计你的循环队列实现。循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

7.使用队列实现栈

链接跳转题目：

. - 力扣（LeetCode）. - 备战技术面试？力扣提供海量技术面试资源，帮助你高效提升编程技能,轻松拿下世界 IT 名企 Dream Offer。https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/

分析：栈的结构特点是数据先进后出

队列的结构特点是先进先出

那么就是说我们需要使用先进先出的结构来实现后进先出的结构：

这是初始状态：

对于队列来说先出1，对于栈来说先出4，我们现在就是要想办法利用队列的函数实现我们的先出4：

我们先出123将其放进队列2，然后单独删除4是不是就实现了后进先出。

那么后续有新数据要进入我们自己的“栈”直接进入有元素的队列尾进就好了，然后一样的办法进行出栈。如果两个队列都没有元素，数据放入那个队列都可以

出栈：

过程清楚我们来上代码：主逻辑代码：

结构图：

8.使用栈实现队列

做题地址

原理：一个栈作为数据进入，另外一个栈作为数据流出

. - 力扣（LeetCode）

队列是先进先出，栈是先进后出：

这是初始状态

如果是队列1那么出数据的顺序就是1.2.3.4

栈的出数据顺序是4.3.2.1

我们的思路是：将数据出到栈2，然后从栈顶出数据就可以实现一次数据的顺序改变

当后续插入数据的时候：我们应该往空的栈里面去插入数据，一直到我们的这个非空栈数据出完了在进行数据移值：

实现原理明白了；动手写代码实现

结构图：

9.实现循环队列

首先分析链表实现这个循环列表的难易程度：

首先考虑单向链表，带头尾指针：

链表是可以实行的，不过一开始就要创建一个循环链表还是有些麻烦，

介绍巧解决方案：使用数组多开一个空间法：

数组麻烦的地方就是回绕的时候要多判断一次。

用数组实现，

判满和判空

插入数据前要先判断满没满

特别注意就是尾指针在最后的情况，统一模当然也可以担当rear = K+1的时候，直接置0.

删除数据前要判断空不空

取出头数据，先判空

取尾数据

通过；附上源代码

typedef struct {int * a ;//队列的空间int k;//队列长度int front;//头的下标int rear;//尾的下标} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {//为结构体1申请空间MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));//为队列申请空间，多申请一个，如果是链表这里就要循环申请node，在串起来obj->a = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));//然后我们的头尾下标目前没有元素放在最开始obj->front = obj->rear = 0;obj->k = k;return obj;}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {//我们的rear尾指针和头指针相等的时候就满return obj->front == obj->rear;}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {//当尾巴指针的下一个，这里由于是数组，是通过下标确定，所以是下标之间的关系要重叠起来return (obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {//首先就要判断满没满if(myCircularQueueIsFull(obj)){return false;}obj->a[obj->rear] = value;//obj->rear++;要解决尾部指针来到最后一个位置的时候要回到最开始obj->rear++;//坐标先加加//模一下obj->rear %= (obj->k+1);return true;
}bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {//首先要判断空不空if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return false;}//让后删除一个，是从头删除，那么头指针就要往后走一下，然后也要注意绕回来的问题//不用抹除数据，之间角标加加，到时候插入数据，值会覆盖掉obj->front++;obj->front %= (obj->k+1);return true;
}int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {//先判断空if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;else{return obj->a[obj->front];}}int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {//正常队尾就是rear-1//但是rear在开头，-1就是-1了，可以当rear=0,直接变k+1//也可以：（rear+k）%(k+1)  if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}else{return obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];}}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->a);free(obj);}/*** Your MyCircularQueue struct will be instantiated and called as such:* MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(k);* bool param_1 = myCircularQueueEnQueue(obj, value);* bool param_2 = myCircularQueueDeQueue(obj);* int param_3 = myCircularQueueFront(obj);* int param_4 = myCircularQueueRear(obj);* bool param_5 = myCircularQueueIsEmpty(obj);* bool param_6 = myCircularQueueIsFull(obj);* myCircularQueueFree(obj);
*/