DS线性表之队列的讲解和实现(5)

文章目录

前言
一、队列的概念及结构
二、队列的实现
- 队列节点和队列
- 初始化
- 销毁
- 判断是否为空
- 入队列
- 出队列
- 获取队头队尾数据
- 获取队列元素个数
三、实际使用效果
总结

前言

队列实现源代码
队列是我们遇到的第二个实用数据结构，栈和队列地位等同

一、队列的概念及结构

队列是指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) 这一点跟栈的先进后出是相反的

队列的核心操作有两个：

入队列：即尾插，进行插入操作的一端称为队尾
出队列：即头删，进行删除操作的一端称为对头

在这里插入图片描述

队列可以考虑顺序表和链表来实现，但是因为队列是一种一端插入一端删除的数据结构，所以最好的实现方式是头删尾插效率高的方式

顺序表实现：尾插和尾删效率较高，但是头插和头删效率低，因此不太适合
单链表实现：头删尾插效率较高，链表头删，链表尾插
双向链表实现：头插头删尾插尾删效率都较高，可以实现队列

照这么看，似乎双向链表是最完美的答案

但是实际上，我们是采用第二种单链表来实现队列，你可能会差异，单链表要遍历一遍才能到达尾节点，而双向链表可以在常量操作内访问到尾节点，为什么我们还会采用单链表来实现队列呢？

答案是我们定义一个队列节点结构体的前提下，在定义一个队列的结构体，里面放着两个队列节点指针front、tail，这样双向链表这里就显得过于复杂，且多开辟了一个头节点，浪费了一点空间，也是不太适合的一种体现

二、队列的实现

好，掌握了以上知识后，我们来立刻实现！

队列节点和队列

就像前文说的，我们定义两个结构体来实现队列
大致有点像下图：
在这里插入图片描述

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDataType data;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* head;QNode* tail;// 根据需要甚至还可以定义一个大小变量// int size;
}Queue;

初始化

首先我们肯定要先验空，确保我们确确实实实例化了一个队列结构体q，此时q内部的两个指针，我们需要先置空

void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;
}

销毁

动态开辟的内存，需要手动释放，且由于是链表，所以需要一个一个循环释放
因此思路就是通过一个指针变量cur，一直销毁直到指向为空
在这里插入图片描述

void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur != NULL){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->head = pq->tail = NULL; // 头尾节点指针所指向的内容已被回收，因此不置空将成为野指针
}

判断是否为空

我们看初始化函数就知道，当队列为空的时候，头节点指针为空指针（其实尾节点指针也是~），我们可以通过这个来判断

bool isQueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}

入队列

入队就是尾插
在这里插入图片描述
但是我们要分两种情况，一种是队列有数据，另外一种是队列没有数据的时候，这时候头尾节点指针都指向这个新开辟的节点；如果队列已经有数据了，这时候尾节点指针发生变化

void QueuePush(Queue* pq, QDataType val)
{assert(pq);QNode* newNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newNode == NULL){printf("malloc fail\n");exit(-1);}newNode->data = val;newNode->next = NULL;if (pq->tail == NULL){ // 如果无数据，用pq->head来判断也行pq->head = pq->tail = newNode;}else {pq->tail->next = newNode;pq->tail = newNode; // 此时newNode就是新的尾节点}
}

出队列

出队就是头删
在这里插入图片描述

void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);if (pq->head->next == NULL) // 只有一个节点的时候{free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else { // 当有多个节点的时候QNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}
}

获取队头队尾数据

对于队列，我们是有权限来访问队头队尾两个元素，就像栈也有权限访问栈顶元素一样（但是栈底不行！）

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->head->data;
}QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);assert(pq->head);return pq->tail->data;
}

获取队列元素个数

其实你的队列如果有size变量的话，那这里应该蛮简单，只是我这里提供的没有，那么就是经典的遍历套路

int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);int size = 0;QNode* cur = pq->head;while (cur != NULL){size++;cur = cur->next;}return size;
}

三、实际使用效果

// 各接口一览
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);void QueuePush(Queue* pq, QDataType val);
void QueuePop(Queue* pq);QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);bool isQueueEmpty(Queue* pq);