队列的实现（附含两道经典例题）

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文章目录

• • 前言
  • 队列
  • • 1.队列的结构框架
    • 2.队列的初始化
    • 为什么初始化不使用二级指针
    • 3.队列的释放
    • 4.队列的插入数据
    • 5.队列的删除数据
    • 6.队列取队头数据
    • 7.队列取队尾数据
    • 8.返回队列数据的个数
    • 9.判断队列是否为空
    • Queue.h代码
    • Queue.c代码
    • Test.c代码
    • 代码效果展示
    • 1.题目描述
    • 逻辑分析
    • 代码实现
    • 2.题目描述
    • 逻辑分析
    • 代码实现

前言

友友们，上期阿博给大家介绍了栈的实现，今天阿博给大家介绍一种新的数据结构:队列.
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)的性质。
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。

队列也可以使用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.

队列

1.队列的结构框架

typedefint QDataType;typedef struct QueueNode{struct QueueNode* next;QDataTypedata;}QNode;typedef structQueue{QNode* phead;QNode* ptail;intsize;}Queue;

⛳⛳友友们注意，这两个结构体不能合并到一起，因为它们所代表的意义不一样，第一个结构体是每一个结点的结构，第二个结构体代表的是这个队列的结构，它表示的是队列整体.

2.队列的初始化

voidQueueInit(Queue* pq){assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;}

为什么初始化不使用二级指针

⛳⛳这里有可能友友们会有疑问，我们初始化不是要改变phead指针和ptail指针，它们两个都是结构体指针，我们要改变它们，为什么不用二级指针呢？这里友友们注意了，phead指针和ptail指针又在一个新的结构体Queue里面放着，它们就属于这个结构体里面的成员，我们要改变它，只需要传这个新结构体的地址就可以访问并改变它们了.
这里阿博给友友们总结几种不用二级指针的方法：
⭐1.我们在函数外部定义一个同类型的指针，通过返回值的方式接收，这本质上是一个值拷贝（赋值）
⭐2.带哨兵位的头结点，它的本质是改变结构体里面的next指针，next指针属于结构体的成员，所以我们只需要传结构体的指针就可以访问到它了.
⭐3.把结构体指针重新放在一个结构体里面，这样它就属于这个结构体的成员了，我们只需要传这个结构体的地址就可以改变结构体指针了.

3.队列的释放

1.保存下一结点的地址迭代释放

voidQueueDestroy(Queue* pq){assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;}

2.保存当前结点的地址迭代释放

voidQueueDestroy(Queue* pq){assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* del = cur;cur = cur->next;free(del);}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;}

友友们，这里要注意两个点：⭐1.如果保存当前结点的地址的话，我们就需要先让cur=cur->next往后迭代，然后在释放保留的那个地址，如果先释放的话，那么cur=cur->next这一步就会报错，此时cur已经被释放了，我们还在使用，它就是一个野指针.⭐2.如果保留下一结点地址的话，我们就需要先释放当前结点，在让cur=next往后进行迭代，如果我们先往后迭代的话，此时cur=next已经指向下一结点了，我们在把它释放，这样就会导致上一个结点没有释放和下次再使用cur就是野指针.

4.队列的插入数据

voidQueuePush(Queue* pq, QDataType x){assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->phead == NULL){assert(pq->ptail == NULL);pq->phead = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;}

⛳⛳友友们注意，就算这里是首次插入数据，我们也不需要二级指针，因为phead和ptail指针都在结构体里面放着，所以我们传这个结构体的指针就可以改变它们.

5.队列的删除数据

❌错误案例

voidQueuePop(Queue* pq){assert(pq);QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;pq->size--;}

✔代码纠正

voidQueuePop(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//1个结点if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead =pq->ptail= NULL; //不能对同一动态开辟出来的空间进行多次free释放，这里我们释放完pq->phead之后，pq->ptail也已经被释放了，所以我们主要的目的就是把pq->phead和pq->ptail都置空}//多个结点else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;}

⛳⛳友友们注意，pq->phead和pq->ptail指向相同的结点，free(pq->phead)之后就已经把这块内存空间释放了，此时我们就不能再free(pq->ptail)了，因为动态开辟出来的空间不能进行多次free释放.

6.队列取队头数据

QDataTypeQueueFront(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));returnpq->phead->data;}

这里我们需要断言队列不能为空，如果为空，pq->phead就是空指针，这时pq->phead->data就是对空指针的解引用，程序就会报错.

7.队列取队尾数据

QDataTypeQueueBack(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));returnpq->ptail->data;}

8.返回队列数据的个数

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

9.判断队列是否为空

boolQueueEmpty(Queue* pq){assert(pq);returnpq->phead == NULL&&pq->ptail == NULL;}

Queue.h代码

#pragma once#include#include#includetypedefint QDataType;typedef struct QueueNode{struct QueueNode* next;QDataTypedata;}QNode;typedef structQueue{QNode* phead;QNode* ptail;intsize;}Queue;voidQueueInit(Queue*pq);voidQueueDestroy(Queue* pq);voidQueuePush(Queue* pq, QDataType x);voidQueuePop(Queue* pq);QDataTypeQueueFront(Queue* pq);QDataTypeQueueBack(Queue* pq);int QueueSize(Queue* pq);boolQueueEmpty(Queue* pq);

Queue.c代码

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"Queue.h"voidQueueInit(Queue* pq){assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;}voidQueueDestroy(Queue* pq){assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;/*QNode* del = cur;cur = cur->next;free(del);*/}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;}voidQueuePush(Queue* pq, QDataType x){assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->phead == NULL){assert(pq->ptail == NULL);pq->phead = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;}voidQueuePop(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//1个结点if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail=NULL; //不能对同一动态开辟出来的空间进行多次free释放，这里我们释放完pq->phead之后，pq->ptail也已经被释放了，所以我们主要的目的就是把pq->phead和pq->ptail都置空}//多个结点else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;}QDataTypeQueueFront(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));returnpq->phead->data;}QDataTypeQueueBack(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));returnpq->ptail->data;}int QueueSize(Queue* pq){assert(pq);returnpq->size;}boolQueueEmpty(Queue* pq){assert(pq);returnpq->phead == NULL&&pq->ptail == NULL;}

Test.c代码

#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"Queue.h"#includeTestQueue(){Queueq;QueueInit(&q);QueuePush(&q, 1);QueuePush(&q, 2);QueuePush(&q, 3);QueuePush(&q, 4);while (!QueueEmpty(&q)){printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);}QueueDestroy(&q);return0;}int main(){TestQueue();return0;}

代码效果展示

1.题目描述

逻辑分析

友友们，通过这里也可以看出我们的入栈顺序是1,2,3,我们的出栈顺序也是1,2,3.

代码实现

typedefintSTDataType;typedef structStack{STDataType* a;int top;//top指向栈顶的位置int capacity;}ST;voidSTInit(ST* pst);voidSTDestroy(ST* pst);voidSTPush(ST* pst,STDataType x);STDataTypeSTTop(ST* pst);voidSTPop(ST* pst);boolSTEmpty(ST* pst);int STSize(ST* pst);voidSTInit(ST* pst){assert(pst);pst->a = NULL;pst->top = 0;//如果我们初始化为0，top就指向栈顶元素的下一个位置，初始化为-1，top就是指向栈顶元素.pst->capacity = 0;}voidSTDestroy(ST* pst){assert(pst);free(pst->a);pst->a = NULL;pst->capacity = pst->top = 0;}voidSTPush(ST* pst, STDataType x){assert(pst);if (pst->top == pst->capacity){int newcapacity= pst->capacity==0 " />4 : pst->capacity * 2 ;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a,newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}pst->a = tmp;pst->capacity = newcapacity;} pst->a[pst->top] = x;pst->top++;}STDataTypeSTTop(ST* pst){assert(pst);assert(!STEmpty(pst));return pst->a[pst->top - 1];}boolSTEmpty(ST* pst){assert(pst);returnpst->top == 0;}voidSTPop(ST* pst){assert(pst);assert(!STEmpty(pst));pst->top--;}int STSize(ST* pst){assert(pst);return pst->top;}typedef struct {STpushst;STpopst;} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() { MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue)); if(obj==NULL) { perror("malloc fail"); return; } STInit(&obj->pushst); STInit(&obj->popst); return obj;}void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) { STPush(&obj->pushst,x);}int myQueuePop(MyQueue* obj) { intfront=myQueuePeek(obj); STPop(&obj->popst); returnfront;}int myQueuePeek(MyQueue* obj) {if(STEmpty(&obj->popst)){while(!STEmpty(&obj->pushst)){STPush(&obj->popst,STTop(&obj->pushst));STPop(&obj->pushst);}}returnSTTop(&obj->popst);}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return(STEmpty(&obj->pushst))&&(STEmpty(&obj->popst));}void myQueueFree(MyQueue* obj) { STDestroy(&obj->popst); STDestroy(&obj->pushst); free(obj);}

2.题目描述

逻辑分析

代码实现

typedefint QDataType;typedef struct QueueNode{struct QueueNode* next;QDataTypedata;}QNode;typedef structQueue{QNode* phead;QNode* ptail;intsize;}Queue;voidQueueInit(Queue*pq);voidQueueDestroy(Queue* pq);voidQueuePush(Queue* pq, QDataType x);voidQueuePop(Queue* pq);QDataTypeQueueFront(Queue* pq);QDataTypeQueueBack(Queue* pq);int QueueSize(Queue* pq);boolQueueEmpty(Queue* pq);voidQueueInit(Queue* pq){assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;}voidQueueDestroy(Queue* pq){assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;/*QNode* del = cur;cur = cur->next;free(del);*/}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;}voidQueuePush(Queue* pq, QDataType x){assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->phead == NULL){assert(pq->ptail == NULL);pq->phead = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;}voidQueuePop(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//1个结点if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead =pq->ptail= NULL; //不能对同一动态开辟出来的空间进行多次free释放，这里我们释放完pq->phead之后，pq->ptail也已经被释放了，所以我们主要的目的就是把pq->phead和pq->ptail都置空}//多个结点else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;}QDataTypeQueueFront(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));returnpq->phead->data;}QDataTypeQueueBack(Queue* pq){assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));returnpq->ptail->data;}int QueueSize(Queue* pq){assert(pq);returnpq->size;}boolQueueEmpty(Queue* pq){assert(pq);returnpq->phead == NULL&&pq->ptail == NULL;}typedef struct { Queuep; Queueq;} MyStack;MyStack* myStackCreate() {MyStack*obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));if(obj==NULL){perror("malloc fail");return;}QueueInit(&obj->p);QueueInit(&obj->q); returnobj;}void myStackPush(MyStack* obj, int x) {if(!QueueEmpty(&obj->q)){QueuePush(&obj->q,x);}else{QueuePush(&obj->p,x);}}int myStackPop(MyStack* obj) {Queue* NoFull=&obj->p;Queue*Full=&obj->q;if(QueueEmpty(&obj->p)){Full=&obj->p;NoFull=&obj->q;}while(QueueSize(NoFull)>1){QueuePush(Full,QueueFront(NoFull));QueuePop(NoFull);}int top=QueueBack(NoFull);QueuePop(NoFull);returntop;}int myStackTop(MyStack* obj) { if(!QueueEmpty(&obj->p)) { returnQueueBack(&obj->p); } else {returnQueueBack(&obj->q); }}bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&obj->p) &&QueueEmpty(&obj->q);}void myStackFree(MyStack* obj) { QueueDestroy(&obj->p); QueueDestroy(&obj->q); free(obj);}