【数据结构初阶】六、线性表中的队列（C语言 — 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（C语言 — 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

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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

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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

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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：

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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 #include #include #include //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;}