#数据结构# 栈与队列的实现1 （C语言）_C

队列（Queue）

1.队列概念：

2.代码实现：

① 队列的主体选择：

②基本结构：（结构体 QueueNode）

③头尾标点初始化（QueueInit）

④元素入列（QueuePush）（尾插）

⑤元素出列（QueuePop）（头删）

⑥判断队列是否为空（QueueEmpty）

⑦队列长度（QueueSize）

⑧取队列首位（QueueFront）

⑨取队列末位（QueueBack）

⑩打印队列（Queue print）

销毁队列（QueueDestory）

完整代码：

Queue.h

Queue.c

队列（Queue） 1.队列概念：

队列（queue）是只允许在一端进行插入 *** 作，而在另一端进行删除 *** 作的线性表。
队列是一种先进先出的（First In First Out）的线性表，简称FIFO。
允许插入（Push）的一端为队尾，允许删除（Pop）的一端为队头。队列不允许在中间部位进行 *** 作！假设队列是Q=（a1，a2，……，an），那么a1就是队头元素，而an是队尾元素。

所以我们进行插入数据时，新插入的数据总是位于队列尾端；进行删除时，删除的数据总是位于队列开头的数据。这跟我们排队打饭的道理有点类似：队伍最前的人先打到饭，并且离开队伍。
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2.代码实现： ① 队列的主体选择：

队列可以选择用顺序表或链表进行实现，但是如果使用顺序表实现队列的情况下，对队列首位元素进行删除时，可能需要对整体向前一位迁移，这样的时间复杂度是O(N)；或者不进行整体迁移，而采用扩容及改变下标的方法实现队列的头删功能，有点繁杂，所以这里我采用单链表实现队列。

②基本结构：（结构体 QueueNode）

QueueNode：队列结点

typedef int QDataType;

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

这也是链表的基本结构，到这里我们可以考虑到：队列两个主要功能：头删和尾插。

！如果用链表实现队列的话，队列就可以看成一个只能头删和尾插的链表！

在头插方面，链表的效率比比顺序表要好；

在尾插方面，顺序表的效率常规情况下会比链表要好，因为链表进行尾删时，要先进行一次遍历找到尾结点，时间复杂度来到了O(N)，顺序表只需要通过记录的下标找到尾端下标，进行删除。

有没有一种办法使得链表的尾删变得有效率？

标记尾结点。（或改写双链表实现队列）

（！双链表的哨兵结点前一位就是链表尾结点，哨兵结点后一位就是链表头结点！）

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;

}Queue;

我们再加一个结构体Queue，负责记录队列中的头结点和尾结点：

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③头尾标点初始化（QueueInit）

void QueueInit(Queue* pq)//队列初始化
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

首先检查传入用于保存head和tail指针的Queue结构体地址是否为空，避免错误使用。

其次，初始化时，队列没有元素，所以Queue结构体中的head和tail都应指为NULL。

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④元素入列（QueuePush）（尾插）

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//入列

稳妥点，检查传入用于保存head和tail指针的Queue结构体地址是否为空，避免错误使用。

assert(pq);

然后就是为队列中结点开辟空间，再然后就是传入数据。

关于入列的结点，需要注意的点：

1. 第一次入列时，即队列只有一个元素，head还处于指向NULL的状态，需要将入列的结点地址给予 head，且tail此时与head同位置。

2.不是第一次入列，即队列中已经有其他元素时，此时head已经具体，就指向队列的首位元素，不需要进行改动，此时需要改动的是tail，每有一个元素入列，tail位置就需要更新。

完整函数：

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)//入列
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

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

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⑤元素出列（QueuePop）（头删）

本质是链表尾删，细节是关注head与tail位置的更新，小细节是每次断尾结点后，要更新tail的位置，且将断出去的原来的尾结点释放内存。

实现出列的大概逻辑：

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

我们要考虑的情况是：

当我们一直使队列元素出列，tail的位置一直在更新，直到删到只剩一个元素，此时head与tail的位置是一样的：

继续删除，只剩一个元素：

此前的出列 *** 作是不需要对tail位置进行更新的，但是目前的这个情况，如果我们继续出列，到队列置空时，head与tail指向同一个位置，这时再 free(head)，则tail跟head指向同一个指针的内存被释放，如果不及时更新tail位置，使得tail置空，就会出现tail变成野指针的情况，因此进行判断，当head的下一个结点为NULL时，即队列只有一个元素时，释放head指向的结点，head与tail同时指向NULL。

完整函数：

void QueuePop(Queue* pq)//出列
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

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⑥判断队列是否为空（QueueEmpty）

如果队列为空，pq->head==NULL

bool QueueEmpty(Queue* pq)//判断是否为空
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

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⑦队列长度（QueueSize）

实现一个简单的count，对队列进行遍历。

size_t QueueSize(Queue* pq)//队列长度
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

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⑧取队列首位（QueueFront）

QDataType QueueFront(Queue* pq)//取队列首位
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

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⑨取队列末位（QueueBack）

QDataType QueueBack(Queue* pq)//取队列末位
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

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⑩打印队列（Queue print）

void QueuePrint(Queue* pq)//打印队列
{
	assert(pq);
	if (pq->head != NULL)
	{
		QNode* cur = pq->head;
		while (cur)
		{
			printf("%d  ", cur->data);
			cur = cur->next;
		}
	}
}

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销毁队列（QueueDestory）

就是销毁链表的道理：

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

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

完整代码： Queue.h

#pragma once

#include 
#include 
#include 
#include 

typedef int QDataType;

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

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;

	//size_t size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);//队列初始化

void QueueDestory(Queue* pq);//销毁队列

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//入列

void QueuePop(Queue* pq);//出列

bool QueueEmpty(Queue* pq);//判断是否为空

size_t QueueSize(Queue* pq);//队列长度

QDataType QueueFront(Queue* pq);//取队列首位

QDataType QueueBack(Queue* pq);//取队列末位

void QueuePrint(Queue* pq);//打印队列

Queue.c

#include "Queue.h"

void QueueInit(Queue* pq)//队列初始化
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

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

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

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)//入列
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

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

void QueuePop(Queue* pq)//出列
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)//判断是否为空
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

size_t QueueSize(Queue* pq)//队列长度
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)//取队列首位
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)//取队列末位
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

void QueuePrint(Queue* pq)//打印队列
{
	assert(pq);
	if (pq->head != NULL)
	{
		QNode* cur = pq->head;
		while (cur)
		{
			printf("%d  ", cur->data);
			cur = cur->next;
		}
	}
}

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原文地址: http://outofmemory.cn/langs/872661.html

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