C语言数据结构与算法之队列的实现详解
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，队列具有先进先出FIFO(First In First Out)的原则
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
队列的结构在生活中非常地常见，比如排队时的抽号机就是一个典型的队列结构。那队列如何实现呢？我们一起来看一下。
队列的实现
队列也可以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，需要挪动数据，时间复杂度为O(N)，效率会比较低。
Queue.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
typedef int QDataType;
typedef struct Queuenode
{
QDataType data;
struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* head; // 头指针
QNode* tail; // 尾指针
int size; // 节点的个数
}Queue;
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
队列要实现的函数接口有：初始化队列、销毁队列、数据入队、数据出队、返回队头的数据、返回队尾的数据、判断队列是否为空以及队列中数据的个数。这些接口实现起来也不是很难，我们一起来看一下。
Queue.c
#include "Queue.h"
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* del = cur;
cur = cur->next;
free(del);
}
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
else
{
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
}
// 队列中没有节点
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
pq->size++;
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
// 队列中只有一个节点
if (pq->head->next == NULL)
{
free(pq->head);
pq->head = pq->tail = NULL;
}
else
{
QNode* del = pq->head;
pq->head = pq->head->next;
free(del);
//del = NULL;
}
pq->size--;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
//return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
初始化队列
头指针和尾指针都指向空，队列元素个数初始化为0
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
销毁队列
利用while循环将申请的节点一一释放掉，然后头指针pq->head和尾指针pq->tail指向空，栈的数据个数置为 0pq->size = 0
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* del = cur;
cur = cur->next;
free(del);
}
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
数据入队
1.申请新的节点newnode newnode->data = x,newnode->next = NULL
2.数据入队：当pq->tail == NULL时，队列中没有节点，那么头指针和尾指针都赋值为newnode pq->head = pq->tail = newnode；当pq->tail != NULL时，队列中有节点，那么尾部链接上新节点newnode，然后newnode成为新的尾结点。
3.队列数据个数加一pq->size++
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
else
{
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
}
// 队列中没有节点
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
pq->size++;
}
数据出队
1.判断队列是否为空
2.数据出队：当pq->head->next == NULL时，队列中只有一个节点，释放该节点，头指针和尾指针都指向空；当pq->head->next != NULL时，释放让头指针指向当前节点的下一个节点，释放原来的头节点
3.队列数据个数减一pq->size--
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
// 队列中只有一个节点
if (pq->head->next == NULL)
{
free(pq->head);
pq->head = pq->tail = NULL;
}
else
{
QNode* del = pq->head;
pq->head = pq->head->next;
free(del);
//del = NULL;
}
pq->size--;
}
返回队头数据
先判断队列是否为空，不为空时，返回队头数据。
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
返回队尾数据
先判断队列是否为空，不为空时，返回队尾数据。
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
判断队列是否为空
判断队列是否为空有两种方式：1.判断pq->size等不等于 0；2.判断头指针pq->head和尾指针pq->tail是否等于空指针NULL
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
//return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}
队列中数据的个数
直接返回队列数据的个数pq->size
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
Test.c
以下为测试函数接口的代码，大家可以参考一下。需要注意的是，打印队列中的数据是通过打印队头数据、Pop掉队头数据的方式来实现的。
#include "Queue.h"
void QueueTest()
{
Queue q;
QueueInit(&q);
QueuePush(&q, 1);
QueuePush(&q, 2);
QueuePush(&q, 3);
printf("%d ", QueueFront(&q));
QueuePop(&q);
printf("%d ", QueueFront(&q));
QueuePop(&q);
QueuePush(&q, 4);
QueuePush(&q, 5);
QueuePush(&q, 6);
while (!QueueEmpty(&q))
{
printf("%d ", QueueFront(&q));
QueuePop(&q);
}
printf("\n");
QueueDestroy(&q);
}
int main()
{
QueueTest();
return 0;
}
以上就是C语言数据结构与算法之队列的实现详解的详细内容，更多关于C语言数据结构 队列的资料请关注其它相关文章！
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