数据结构——链队列解析过程和简单代码实现:
- 一、简单概念:
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- 动图展示:
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- (1)入队:
- (2)出队:
- 二、顺序队列:
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- 思路
- 步奏:
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- (1)入队操作:
- (2)出队操作:
- 简单实现代码:
- 三、链式队列
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- (1)声明
- (2)入队操作:
- (3)出队操作:
- (4)检查队列是否为空:
- 全部代码:
一、简单概念:
队列,又称为伫列(queue),是先进先出(FIFO,First-In-First-Out)的线性表。在具体应用中通常用链表或者数组来实现。队列只允许在后端(称为rear)进行插入操作,在前端(称为front)进行删除操作
队列的操作方式和堆栈类似,唯一的区别在于队列只允许新数据在后端进行添加
与栈(stack)不同的是,队列是FIFO(First In First Out,先进先出),进入队列的一端叫尾部(rear),出队列的一端叫头部(front)。队列的主要操作也有两个:入队(offer)、出队(poll)
动图展示:
(1)入队:
从图中可以看到,A、B、C三个元素都是从队尾(rear)进入,就像现实生活中的排队,先来的就排在前面
(2)出队:
从图中可以看出,出队的顺序是A->B->C,也就是入队的顺序,即说明了队列是遵循FIFO的。队列的引用也十分广泛,锁的实现、生产者-消费者模型等都离不开队列
队列也有两种实现方式:顺序队列、链式队列
二、顺序队列:
思路
在顺序队列中,通常让队尾指针rear指向刚进队的元素的位置,让队首指针 front 指向刚出队的元素的位置。因此,元素进队的时候rear指针要向后移动,元素出队的时候front指针也要向后移动。这样经过一系列的操作后,两个指针最终会到达数组的末端处,虽然队中已没有了元素,但是仍然无法插入元素,这就是所谓的“假溢出”。
为了解决假溢出的问题,可以将数组弄成一个环状,让 rear 和 front 指针沿着环走,这样就不会出现无法继续走下去的情况,这样就产生了循环队列,如下图所示 :
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队空状态 :qu.rear == qu.front
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队满状态 : (qu.rear + 1) % Maxsize == qu.front
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元素的进队操作 :qu.rear = (qu.rear + 1) % Maxsize ; qu.data[qu.rear] = x ;
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元素的出队操作 :qu.front = (qu.front + 1) % Maxsize ; x = qu.data[qu.front] ;
本次思路中 元素入队时先移动指针,后存入元素;元素出队时也是先移动指针,后元素出队
步奏:
(1)入队操作:
int inQueue(Squeue &qu,int x)
{//判断队列是否已满,若满则无法入队if((qu.rear + 1) % Maxsize == qu.front){return 0;}//队列没有满,则先移动指针,在插入元素qu.rear = (qu.rear + 1) % Maxsize;qu.data[qu.rear] = x;return 1;
}
(2)出队操作:
int deQueue(Squeue &qu,int &x)
{//若队列已空,则无法取出元素if(qu.front == qu.rear){return 0;}//否则先移动指针,再将元素取出qu.front = (qu.front + 1) % Maxsize;x = qu.data[qu.front];return 1;
}
简单实现代码:
//顺序队列
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define Maxsize 20//定义队列的结构体
typedef struct Squeue{int data[Maxsize];int front;int rear;
}Squeue; //初始化队列
void InitQueue(Squeue &qu)
{qu.front = qu.rear = 0;
}//判断队列是否为空
int isQueueEmpty(Squeue qu)
{if(qu.front == qu.rear){return 1;}else{return 0;}
}//元素入队操作
int inQueue(Squeue &qu,int x)
{//若队满则无法入队 if((qu.rear + 1) % Maxsize == qu.front){return 0;}qu.rear = (qu.rear + 1) % Maxsize;qu.data[qu.rear] = x;return 1;
}//元素出队操作
int deQueue(Squeue &qu,int &x)
{//若队空则无法出队 if(qu.front == qu.rear){return 0;}qu.front = (qu.front + 1) % Maxsize;x = qu.data[qu.front];return 1;
}int main()
{Squeue q;int i , n , x , a;InitQueue(q);scanf("%d",&n);for(i = 0;i < n;i++){scanf("%d",&a);inQueue(q,a);}//当队列非空时,输出队列中所有数据 while(!isQueueEmpty(q)){deQueue(q,x);printf("%d ",x);}return 0;
}
三、链式队列
以 模拟患者在医院等待就诊的情况为例子 实现链式队列:
- 患者到达诊室,将病历交给护士,排到等待队列中候诊
- 护士从等待队列中取出下一位患者的病历,该患者进入诊室就诊
- 功能如下:
1)排队: 输入排队患者的病历号(随机产生),加入到就诊患者排队队列中
2)就诊: 患者队列中最前面的病人就诊,并将其从队列中删除
3)查看: 从队首到队尾列出所有排队患者的病历号
4)下班: 退出运行
(1)声明
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int ElementType;typedef struct Node{ElementType data; // 存放数据 struct Node *next; // 链表指针 }Node;typedef struct SeqQueue{Node *head; // 队列头部 Node *wei; // 队列尾巴 ElementType size; // 计算队列长度
}Seq; typedef struct SeqQueue* Queue; // 代表队列这个结构体指针
(2)入队操作:
// 创建链表,存放数据
Node *Create_Link(ElementType data)
{Node * new = (Node *)malloc(sizeof(Node)); // 开辟空间存数据 if(new == NULL){printf("开辟空间失败\n");}new ->data = data; // 存放队列数据new ->next = NULL; // 让尾巴指向NULLreturn new; // 返回节点指针
}// 判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue q) {if (q->head == NULL)return true; // 队列为空return false;
}// 入队
Queue * Push(Queue sum,ElementType data)
{Node *LinkHead = Create_Link(data); // 接收链表空间节点指针Queue p = sum;if(QueueEmpty(p) == true){p->head = p->wei= LinkHead; // 第一次赋值会进入 return p; // 返回值指向队列的头指针}else{p->wei->next = LinkHead; // 让队尾next指针指向这个空间 p->wei = LinkHead; // 队尾指针存入这个空间 }p->size++; // 计算队伍长度
}
(3)出队操作:
// 出队
ElementType Pop(Queue q)
{ElementType count; // 取队列数据 Node *Link; if(QueueEmpty(q) == true){printf("数据已经从队列出完\n");q->wei = NULL;return -1;}Link = q->head; // 让队列头给链表指针 count = Link->data; // 链表头指针取出数据 q->head = Link->next; // 让队列头指针移到链表头指针下一个节点位置,并指向它 free(Link); // 释放已经出队的链表节点 return count; // 返回取出的数据
}
(4)检查队列是否为空:
// 判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue q) {if (q->head == NULL)return true; // 队列为空return false;
}
全部代码:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int ElementType;typedef struct Node{ElementType data; // 存放数据 struct Node *next; // 链表指针 }Node;typedef struct SeqQueue{Node *head; // 队列头部 Node *wei; // 队列尾巴 ElementType size; // 计算队列长度
}Seq; typedef struct SeqQueue* Queue;// 初始化队列
void Init_SeqQueue(Queue q)
{q->head = NULL;q->wei = NULL;q->size = 0;
}// 创建链表,存放数据
Node *Create_Link(ElementType data)
{Node * new = (Node *)malloc(sizeof(Node)); // 开辟空间存数据 if(new == NULL){printf("开辟空间失败\n");}new ->data = data; // 存放队列数据new ->next = NULL; // 让尾巴指向NULLreturn new; // 返回节点指针
}// 判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue q) {if (q->head == NULL)return true; // 队列为空return false;
}// 入队
Queue Push(Queue sum,ElementType data)
{Node *LinkHead = Create_Link(data); // 接收链表空间节点指针Queue p = sum;if(QueueEmpty(p) == true){p->head = p->wei= LinkHead; // 第一次赋值会进入 return p; // 返回值指向队列的头指针}else{p->wei->next = LinkHead; // 让队尾next指针指向这个空间 p->wei = LinkHead; // 队尾指针存入这个空间 }p->size++; // 计算队伍长度
}// 出队
ElementType Pop(Queue q)
{ElementType count; // 取队列数据 Node *Link; if(QueueEmpty(q) == true){printf("数据已经从队列出完\n");q->wei = NULL;return -1;}Link = q->head; // 让队列头给链表指针 count = Link->data; // 链表头指针取出数据 q->head = Link->next; // 让队列头指针移到链表头指针下一个节点位置,并指向它 free(Link); // 释放已经出队的链表节点 return count; // 返回取出的数据
}// 初始化菜单
void Init_Memu()
{printf("***********************************\n");printf("* 1.入队 *\n");printf("* 2.出队 *\n");printf("* 3.取队头元素 *\n");printf("* 4.查看队列是否为空 *\n");printf("* 5.插入队列(排队) *\n");printf("* 6.就诊 *\n");printf("* 7.查看 *\n");printf("* 8.下班 *\n");printf("***********************************\n");}//功能选择函数
ElementType Choose_GN()
{int flag;scanf("%d",&flag);return flag;
}// 主函数
int main()
{Seq S_Queue; // 创建队列结构体对象 Init_SeqQueue(&S_Queue); // 初始化队列 Queue q = NULL; int temp;int num=0;while(1){Init_Memu();printf("请选择你的需求:\n"); temp = Choose_GN();Node* p = NULL;switch(temp){// 入队 case 1:{ElementType num;while(1){printf("请输入你要进队列的数据(输入0时结束输入):\n"); scanf("%d",&num);if( num == 0){break;}q = Push(&S_Queue,num); // 接受队头指针head }}break;// 出队 case 2:{int flag;while(1){flag = Pop(&S_Queue);if(flag == -1){printf("出队列完毕\n"); break;}else{printf("出队数据为: %d\n",flag);}}}break;// 取队头元素 case 3:{ElementType sum;p = q->head; // 取出队头指针 if( p == NULL){printf("队伍已经出队,没有数据\n");break;} sum = p->data; // 队头指针取值 printf("队列头数据为: %d \n",sum);} break;// 查看队列是否为空 case 4:{if(QueueEmpty(q) == true){printf("队伍为空\n");}else{printf("队伍还有数据,不为空\n"); }}break;// 插入队列元素 case 5:{int s;printf("请输入你要添加到就诊队伍的病历号:\n");scanf("%d",&s);q = Push(q,s); // 把输入的数据插入队列中 printf("添加成功!\n"); } break;// 就诊 case 6:{ElementType count1;Node *Link1;Link1 = q->head; // 取队头指针 count1 = Link1->data; // 队头指针指向内容取值 q->head = Link1->next; // 让队头指针移到下一个节点 free(Link1); // 释放刚才那个头节点printf("第%d 个患者开始就诊,病历号为: %d\n",++num,count1);if(QueueEmpty(q) == true) // 判断队伍是否还有人 {printf("病人已经全部就诊完毕\n");break; }}break;// 查看(相当于出队) case 7:{int flag1;int i=0; while(1){flag1 = Pop(&S_Queue);if(flag1 == -1){printf("查看完毕完毕\n"); break;}else{printf("第%d 个患者病历号为: %d\n",++i,flag1);}} }break;// 下班 case 8:printf("工作结束,打卡下班\n");exit(-1); // 结束进程 default:printf("选择功能错误,请重新选择!!!!\n");break;}}return 0;
}
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