【数据结构】队列详解

Hello everybody!今天给大家讲讲队列的相关知识。队列，属于一种数据结构。从字面意思上理解，就像是排队一样，在食堂中，先排队的人自然就先买到饭。队列也是如此，先入队列的数据自然就先出队列。希望大家可以通过这篇文章解决自己心中的疑惑！那废话不多说，让我们开始叭！

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，队列遵循先进先出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.队列的实现

队列可以以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优，因为如果使用数组的结构，出队列是需要移动数据，时间复杂度是O(n),效率比较低。

由于实现队列需要较长的代码，因此我们要像公司中做大型项目一样创建一个头文件：Queue.h和两个源文件：Queue.c Test.c。

头文件中需要包含所需要的库文件，接口的声明，队列的声明。总之就是要我们清晰的看到队列的结构和功能。

而源文件Queue.c需要实现在头文件中声明的接口。

源文件Test.c用于测试队列的功能是否正常。

当然源文件需要包含头文件，这样才能把它们关联起来。

创建三个文件使得代码逻辑更加清晰，有利于后期代码的维护。

2.1接口的声明&队列的声明

这是队列的结构，结构体QNode是队列的链式结构，它可以存放当前结点的值和下一个结点的地址。但是当队列为空，插入第一个数据时，需要改变头指针。因此需要传递二级指针，这样显然是有些麻烦的。所以我们再创建一个结构体Queue，用于存放队列的头指针和尾指针，更方便入队和出队。size用来记录队列中的元素个数。

以上是队列主要功能的接口，下面我们来逐个实现它们。

2.2接口的实现及功能测试

目前为止，我们已经实现了初始化和入队两个接口。下面测试一下它们的功能。

通过调试，我们可以看到：初始化后，在队尾成功插入1和2。目前队列中有两个数值，接口功能正常。

下面我们来实现一下其他的接口：

这是队列剩下的接口，咱们也来测试一下。

从测试结果来看：各个接口功能正常，销毁队列后，头指针和尾指针都被置为空指针，队列大小size为0。符合要求。

3.代码

为了方便大家更好的学习，队列的代码我也给出来！

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
typedef int  QDataType;
typedef struct QueueNode {QDataType val;struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue {QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;void QueueInit(Queue* pq);//初始化
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//入队
void QueuePop(Queue* pq);//出队
void QueueDestroy(Queue* pq);//销毁
QDataType QueueFront(Queue* pq);//返回队头的值
QDataType QueueBack(Queue* pq);//返回队尾的值
bool QueueEmpty(Queue* pq);//判断队列是否为空
int QueueSize(Queue* pq);//返回队列的数据个数

#include "Queue.h"
void QueueInit(Queue* pq) {assert(pq);//检验pq是否为空指针pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) {assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));//动态开辟一个新结点if (newnode == NULL) {//若开辟失败，终止程序perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->val = x;newnode->next = NULL;if (pq->phead == NULL) {//如果队列中没有结点，则将新结点赋值给头指针和尾指针pq->phead = pq->ptail = newnode;}else {pq->ptail->next = newnode;//有结点的话，将新结点赋值给尾指针pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}void QueuePop(Queue* pq) {assert(pq);assert(pq->phead);//队列不能为空QNode* next = pq->phead->next;//记录头结点的下一个结点free(pq->phead);pq->phead = next;if (pq->phead == NULL) {//当phead为NULL时，ptail没有变化。但ptail指向的空间已经还给操作系统，此时ptail就是野指针，必须处理掉！pq->ptail = NULL;}pq->size--;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq) {assert(pq);assert(pq->phead);return pq->phead->val;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq) {assert(pq);assert(pq->ptail);return pq->ptail->val;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq) {assert(pq);return pq->phead == NULL;
}
int QueueSize(Queue* pq) {assert(pq);return pq->size;
}
void QueueDestroy(Queue* pq) {assert(pq);while (pq->phead) {QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

#include "Queue.h"
int main() {Queue pq;QueueInit(&pq);QueuePush(&pq, 1);QueuePush(&pq, 2);QueuePush(&pq, 3);QueuePush(&pq, 4);printf("%d\n", QueueBack(&pq));printf("%d\n", QueueSize(&pq));while (!QueueEmpty(&pq)) {printf("%d", QueueFront(&pq));QueuePop(&pq);}QueueDestroy(&pq);return 0;
}