队列的实现(附含三道经典例题)

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了队列的实现(附含三道经典例题)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

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队列的实现(附含三道经典例题)

🌾前言

友友们,上期阿博给大家介绍了栈的实现,今天阿博给大家介绍一种新的数据结构: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)的性质。
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(附含三道经典例题)
队列也可以使用数组链表的结构实现,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.
队列的实现(附含三道经典例题)
队列的实现(附含三道经典例题)

🎬队列

🔍1.队列的结构框架

typedef  int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType  data;
}QNode;
typedef struct  Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int  size;
}Queue;

⛳⛳友友们注意,这两个结构体不能合并到一起,因为它们所代表的意义不一样,第一个结构体是每一个结点的结构,第二个结构体代表的是这个队列的结构,它表示的是队列整体.

🔍2.队列的初始化

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

👑为什么初始化不使用二级指针

⛳⛳这里有可能友友们会有疑问,我们初始化不是要改变phead指针和ptail指针,它们两个都是结构体指针,我们要改变它们,为什么不用二级指针呢?这里友友们注意了,phead指针和ptail指针又在一个新的结构体Queue里面放着,它们就属于这个结构体里面的成员,我们要改变它,只需要传这个新结构体的地址就可以访问并改变它们了.
这里阿博给友友们总结几种不用二级指针的方法:
⭐1.我们在函数外部定义一个同类型的指针,通过返回值的方式接收,这本质上是一个值拷贝(赋值)
⭐2.带哨兵位的头结点,它的本质是改变结构体里面的next指针,next指针属于结构体的成员,所以我们只需要传结构体的指针就可以访问到它了.
⭐3.把结构体指针重新放在一个结构体里面,这样它就属于这个结构体的成员了,我们只需要传这个结构体的地址就可以改变结构体指针了.

🔍3.队列的释放

1.保存下一结点的地址迭代释放

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;
}

2.保存当前结点的地址迭代释放

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

🚩🚩友友们,这里要注意两个点:⭐1.如果保存当前结点的地址的话,我们就需要先让cur=cur->next往后迭代,然后在释放保留的那个地址,如果先释放的话,那么cur=cur->next这一步就会报错,此时cur已经被释放了,我们还在使用,它就是一个野指针.⭐2.如果保留下一结点地址的话,我们就需要先释放当前结点,在让cur=next往后进行迭代,如果我们先往后迭代的话,此时cur=next已经指向下一结点了,我们在把它释放,这样就会导致上一个结点没有释放和下次再使用cur就是野指针.🌈🌈

🔍4.队列的插入数据

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

⛳⛳友友们注意,就算这里是首次插入数据,我们也不需要二级指针因为phead和ptail指针都在结构体里面放着,所以我们传这个结构体的指针就可以改变它们.

🔍5.队列的删除数据

错误案例

void  QueuePop(Queue* pq)
{
        assert(pq);
        QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
		pq->size--;
}	

队列的实现(附含三道经典例题)
代码纠正

void  QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//1个结点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead =pq->ptail= NULL;     //不能对同一动态开辟出来的空间进行多次free释放,这里我们释放完pq->phead之后,pq->ptail也已经被释放了,所以我们主要的目的就是把pq->phead和pq->ptail都置空
	}
	//多个结点
	else
	{
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

⛳⛳友友们注意,pq->phead和pq->ptail指向相同的结点,free(pq->phead)之后就已经把这块内存空间释放了,此时我们就不能再free(pq->ptail)了,因为动态开辟出来的空间不能进行多次free释放.

🔍6.队列取队头数据

QDataType  QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return  pq->phead->data;
}

这里我们需要断言队列不能为空,如果为空,pq->phead就是空指针,这时pq->phead->data就是对空指针的解引用,程序就会报错.

🔍7.队列取队尾数据

QDataType  QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return  pq->ptail->data;
}

🔍8.返回队列数据的个数

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

🔍9.判断队列是否为空

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

🚀Queue.h代码

#pragma once
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>

typedef  int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType  data;
}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);
int   QueueSize(Queue* pq);
bool  QueueEmpty(Queue* pq);

🛸Queue.c代码

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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;
		/*QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);*/
	}
	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->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->phead == NULL)
	{
		assert(pq->ptail == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
void  QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//1个结点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail=NULL;     //不能对同一动态开辟出来的空间进行多次free释放,这里我们释放完pq->phead之后,pq->ptail也已经被释放了,所以我们主要的目的就是把pq->phead和pq->ptail都置空
	}
	//多个结点
	else
	{
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}
QDataType  QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return  pq->phead->data;
}
QDataType  QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return  pq->ptail->data;
}
int   QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return  pq->size;
}
bool  QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return  pq->phead == NULL
		&&  pq->ptail == NULL;
}

🛳Test.c代码

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Queue.h"
#include<stdio.h>
TestQueue()
{
	Queue  q;
	QueueInit(&q);

	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	QueueDestroy(&q);
	return  0;
}
int main()
{
	TestQueue();
	return  0;
}

🧋代码效果展示

队列的实现(附含三道经典例题)

1.🖋题目描述

队列的实现(附含三道经典例题)

💡逻辑分析

队列的实现(附含三道经典例题)

友友们,通过这里也可以看出我们的入栈顺序是1,2,3,我们的出栈顺序也是1,2,3.

🎥代码实现

typedef  int  STDataType;
typedef struct  Stack
{
	STDataType* a;
	int top;                    //top指向栈顶的位置
	int capacity;
}ST;

void  STInit(ST* pst);
void  STDestroy(ST* pst);
void  STPush(ST* pst,STDataType x);
STDataType  STTop(ST* pst);
void  STPop(ST* pst);
bool  STEmpty(ST* pst);
int   STSize(ST* pst);

void  STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;    //如果我们初始化为0,top就指向栈顶元素的下一个位置,初始化为-1,top就是指向栈顶元素.
	pst->capacity = 0;
}
void  STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = pst->top = 0;
}
void  STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity= pst->capacity==0 ? 4 : pst->capacity * 2 ;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a,newcapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	} 
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}
STDataType  STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	return pst->a[pst->top - 1];
}
bool  STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return  pst->top == 0;
}
void  STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	pst->top--;
}
int   STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return   pst->top;
}

typedef struct {
  ST  pushst;
  ST  popst;
} MyQueue;


MyQueue* myQueueCreate() {
   MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
   if(obj==NULL)
   {
       perror("malloc fail");
       return;
   }
   STInit(&obj->pushst);
   STInit(&obj->popst);
   return   obj;
}

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
   STPush(&obj->pushst,x);
}

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
   int  front=myQueuePeek(obj);
   STPop(&obj->popst);
   return  front;
}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
  if(STEmpty(&obj->popst))
  {
      while(!STEmpty(&obj->pushst))
      {
      STPush(&obj->popst,STTop(&obj->pushst));
      STPop(&obj->pushst);
      }
  }
  return  STTop(&obj->popst);
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return  (STEmpty(&obj->pushst))
        &&(STEmpty(&obj->popst));
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
   STDestroy(&obj->popst);
   STDestroy(&obj->pushst);
   free(obj);
}

2.🖋题目描述

队列的实现(附含三道经典例题)

💡逻辑分析

队列的实现(附含三道经典例题)

🎥代码实现

typedef  int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType  data;
}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);
int   QueueSize(Queue* pq);
bool  QueueEmpty(Queue* pq);
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;
		/*QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);*/
	}
	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->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->phead == NULL)
	{
		assert(pq->ptail == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
void  QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//1个结点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead =pq->ptail= NULL;     //不能对同一动态开辟出来的空间进行多次free释放,这里我们释放完pq->phead之后,pq->ptail也已经被释放了,所以我们主要的目的就是把pq->phead和pq->ptail都置空
	}
	//多个结点
	else
	{
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}
QDataType  QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return  pq->phead->data;
}
QDataType  QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return  pq->ptail->data;
}
int   QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return  pq->size;
}
bool  QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return  pq->phead == NULL
		&&  pq->ptail == NULL;
}


typedef struct {
   Queue  p;
   Queue  q;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() {
  MyStack*obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
  if(obj==NULL)
  {
      perror("malloc fail");
      return;
  }
  QueueInit(&obj->p);
  QueueInit(&obj->q);
   return  obj;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if(!QueueEmpty(&obj->q))
    {
        QueuePush(&obj->q,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->p,x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
      Queue* NoFull=&obj->p;
      Queue*  Full=&obj->q;
      if(QueueEmpty(&obj->p))
      {
          Full=&obj->p;
          NoFull=&obj->q;
      }
      while(QueueSize(NoFull)>1)
      {
          QueuePush(Full,QueueFront(NoFull));
          QueuePop(NoFull);
      }
      int top=QueueBack(NoFull);
      QueuePop(NoFull);
      return  top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
   if(!QueueEmpty(&obj->p))
   {
       return  QueueBack(&obj->p);
   }
   else
   {
        return  QueueBack(&obj->q);
   }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
return   QueueEmpty(&obj->p)
         &&QueueEmpty(&obj->q);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
   QueueDestroy(&obj->p);
   QueueDestroy(&obj->q);
   free(obj);
}

3.🖋题目描述

队列的实现(附含三道经典例题)

📝循环队列

友友们,我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可以就会使用循环队列。环形队列可以使用数组实现,也可以使用循环链表实现。
队列的实现(附含三道经典例题)
队列的实现(附含三道经典例题)

💡逻辑分析

队列的实现(附含三道经典例题)

⭐解决方案

队列的实现(附含三道经典例题)

⛳⛳友友们注意,这里我们删除数据的时候不需要抹除数据,我们只需要把front指针往后移动就行,因为我们是认为front和rear之间的数据为有效的数据,而且rear的位置是可以存放数据的,因为它是队尾数据的下一个位置,所以即使它有数据,无论如何我们也访问不到.

队列的实现(附含三道经典例题)

🔔误区1(插入删除数据的取模处理)

友友们注意,这里我们入数据之后,也不能只让rear++.
队列的实现(附含三道经典例题)
同理,当我们删除数据的时候,也不能只让front++,我们在加加之后也要进行取模处理.

🔔误区2(访问队尾数据)

队列的实现(附含三道经典例题)文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-469921.html

🎥代码实现

typedef struct {
    int  front;
    int  rear;
    int  k;
    int*a;
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
     MyCircularQueue*obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
     obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
     obj->front=obj->rear=0;
     obj->k=k;
     return   obj;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
     return  (obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
      return  obj->front==obj->rear;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
       if(myCircularQueueIsFull(obj))
       return   false;
       obj->a[obj->rear]=value;
       obj->rear++;
       obj->rear%=(obj->k+1);
       return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
       if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
       return  false;
       obj->front++;
       obj->front%=(obj->k+1);
       return  true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
       if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
         return   -1;
       return   obj->a[obj->front]; 
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
     if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return   -1;
      return  obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];  
}


void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
     free(obj->a);
     obj->a=NULL;
     free(obj);
}

到了这里,关于队列的实现(附含三道经典例题)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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    算法设计应满足的目标:正确性,可使用,可读,健壮,高效率,低存储 算法的5个重要特征:有限、确定、可行、输入、输出 通常用 函数的返回值 表示算法能否正确执行,如果某个形参需要将执行结果回传给实参,需要将该形参设计为 引用型参数 算法分析是分析算法 占

    2024年02月03日
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    例1 某人平时下班总是按预定时间到达某处,然然后他妻子开车接他回家。有一天,他比平时提早了三十分钟到达该处,于是此人就沿着他朋友来接他的方向步行回去并在途中遇到了她,这一天,他比 平时 提前了十分钟到家,问此人共步行了多长时间? 该问题求解涉及到对

    2023年04月21日
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    2024年02月05日
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  • 整数规划、对偶理论、线性规划经典例题讲解

    整数规划是一类要求问题的解中的全部或一部分变量为整数的数学规划,应用范围极其广泛。不仅在工业和工程设计和科学研究方面有许多应用,而且在计算机设计、系统可靠性和经济分析等方面也有新的应用。 通过前面的学习,我们已经掌握了整数规划的数学模型、割平面

    2024年02月05日
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