数据结构---队列的实现-Toy模板网

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文章目录

前言
一、什么是队列？
二、队列接口的实现
- 1.队列结构的定义
- 2.接口实现
总结

前言

队列是一种特殊的线性表。

特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。

进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队列中没有元素时，称为空队列。

队列的数据元素又称为队列元素。

在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。

因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表

一、什么是队列？

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

二、队列接口的实现

1.队列结构的定义

//队列--先进先出--用链表实现
typedef int QDataType;

//队列的单节点定义
typedef struct QNode
{
	QDataType val;
	struct QNode* next;
}QNode;

//队列整体定义，有头，尾，以及元素个数
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

原因：队列使用链表实现，使其每个节点的定义为链表节点形式，而因为队列是一个线性结构，需要有头尾节点进行访问，而且还需要返回其元素个数，便于某些特定场合下的访问，需要将其封装到结构体中，便于访问，因而定义两个结构体形式。

2.接口实现

1. 初始化

//初始化
void QInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

为什么加断言？

可以明确的知道，pq指针不为空，则需要进行断言，避免他人传错参数。

2. 销毁

//销毁
void QDestroy(Queue* pq)
{
	//空队列没必要销毁
	assert(pq);
	assert(pq->head != NULL);
	//依次进行释放
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* after = cur->next;
		free(cur);
		cur = after;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

因为是从堆上动态开辟出来的节点，需要依次释放，避免一次性释放，无法找到剩下的节点，导致出现内存泄漏。

3. 插入（入队）

//插入--入队列
void QPush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);

	//开辟一个新的节点
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	//链接--尾插
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

入队过程：1.进行新节点的开辟，需要对malloc的结果进行检查，有备无患

2.有了新节点，需要进行链接过程，链接过程中，需要进行对于队列头尾指针的检查，避免出现非法访问的情况，因为在初始化过程，对于head和tail是赋为空指针的

3.检查完是否为空指针后，即开始链接，也就是进行普通的尾插过程。

4. 删除（出队列）

//删除--出队列
void QPop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head != NULL);
	//因为队列的性质，先进先出，则其删除是头删
	QNode* after = pq->head->next;
	free(pq->head);
	pq->head = after;
	pq->size--;
}

出队列过程：普通的头删即可，但是，需要注意的是空队列无需删除，需要对head进行判断，否则会出现非法访问情况

5. 获取元素个数

//返回队列元素个数
int QSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

很普通的操作，但是在某些特定的环境下，可以发挥出神奇的效果，可以使得获取元素效率很快

6. 获取队头和队尾元素及判空

//判空
bool QEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}

//取队头元素
QDataType QFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//空队列不用取元素
	assert(!QEmpty(pq));
	return pq->head->val;

}

//取队尾元素
QDataType QRear(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//空队列不用取元素
	assert(!QEmpty(pq));
	return pq->tail->val;
}