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数据结构—队列的实现

news 2025/8/4 1:07:30

前言：上次我们已经学习了数据结构中一个重要的线性表—栈，那么我们这一次就来学习另外一个重要的线性表—队列。

在这里插入图片描述

一、
队列的概念
二、
队列的实现：
1.队列的创建
三、
队列的操作
1.初始化队列
2.队尾入队列
3.队头出队列
4.获取队列头部元素
5.获取队列队尾元素
6.获取队列中有效元素个数
7.检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0
8.销毁队列
四、
完整代码展示

队列的概念

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) 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，效率会比较低。

我们用三个文件来完成对它的操作。

队列的创建：

typedef int QDataType;
// 链式结构：表示队列
typedef struct QueueNode
{QDataType val;struct QueueNode* next;
}QNode;// 队列的结构
typedef struct Queue
{QNode* phead;QNode* ptail;int size;
}Queue;

队列的实现：

队列的初始化：

void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

队列里的头和尾都为空。

队尾入队列：

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->val = x;newnode->next = NULL;if (pq->ptail == NULL){pq->ptail = pq->phead = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}

如果我们的队尾元素为空，那么我们的队尾就是newnode，如果我们的队尾不为空，我们的ptail的下一个指向newnode，现在的队尾就为newnode。

队头出队列：

void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);// assert(pq->phead);QNode* del = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;free(del);del = NULL;if (pq->phead == NULL)pq->ptail = NULL;pq->size--;
}

如果我们直接删除队头元素那么我们就无法访问下一个元素，所以我们先把队头元素保存起来，让现在的队头元素为原来队头元素的下一个元素，在给原来的队头元素删除。

获取队列头部元素：

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);// assert(pq->phead);return pq->phead->val;
}

获取队列队尾元素：

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq);// assert(pq->ptail);return pq->ptail->val;
}

获取队列中有效元素个数：

int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

size就是我们有效元素的个数，这里返回size就可以了。

检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0：

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->phead == NULL;
}

队列为空返回0，不为空返回非0，后面测试代码的循环条件就是不为0，就输出，为0就跳出循环。

销毁队列：

void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

完整代码展示：

Queue.h：

#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);
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);

Queue.c：

#include"Queue.h"void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->val = x;newnode->next = NULL;if (pq->ptail == NULL){pq->ptail = pq->phead = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);// assert(pq->phead);QNode* del = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;free(del);del = NULL;if (pq->phead == NULL)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;
}

代码测试：
test.c:

#include"Queue.h"
int main()
{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);while (!QueueEmpty(&q)){printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);}QueueDestroy(&q);return 0;
}