队列的概念与结构
队列是一种特殊的线性结构，数据只能在一端插入，数据也只能在另一端进行删除。插入数据的那一端称之为队尾，插入数据的动作称之为入队。删除数据的那一端称之为队头，删除数据的动作称之为出列。队列遵守的是FIFO原则（Frist In First Out），即先进先出原则。
队列具体实现结构比较灵活，只要遵循FIFO原则即可。顺序表的方式实现，虽然尾插数据方便，头删的代价较大，故不推荐。单链表的方式实现，头删数据方便，只需要添加一个记录尾结点的指针，进行尾插数据的效率也还可以。所以本篇文章将以单链表的方式来实现队列。
队列的特点
由于队列是FIFO的原则，这就类似于去食堂排队打饭，先排队的就一定先吃上饭。而队尾的就得等先排队的打完饭了，才有机会吃饭。所以队列无论是变入列变出列，还是全部入列后再出列，结果是一样的。这和栈的LIFO原则有些许不同。
队列的实现
队列的定义
首先，我们需要定义的是链式结构的队列，即单链表为底层实现的。所以需要定义单链表结构来存储数据。然后，定义队列，队列里需要定义两个指向单链表的指针，一个是指向单链表头结点的指针，另一个则用来保存尾结点地址的指针。最后，还需定义一个记录当前队列元素个数的变量，用于遍历队列和判空。
typedef int QueueDataType;
typedef struct QueueNode
{
struct QueueNode* next;
QueueDataType data;
}QueueNode;
typedef struct Queue
{
QueueNode* head;
QueueNode* tail;
int size;
}Queue;
初始化队列
首先，断言判断一下指针合法性。然后，需要将队列内两个指针变量初始化。最后，将记录队列有效元素个数的变量初始化一下。
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
assert(q);
//初始化
q->head = q->tail = NULL;
q->size = 0;
}
队列销毁
首先，断言一下指针有效性。然后，依次释放每个结点。最后释放最后一个结点时，把tail和head置空，size置零。
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
//释放结点
while (q->head)
{
QueueNode* next = q->head->next;
if (q->tail != q->head)
{
free(q->head);
q->head = next;
}
else
{
//避免野指针
free(q->head);
q->head=q->tail = NULL;
}
}
//手动置零
q->size = 0;
}
队列判空
由于在定义队列时，增加了额外的记录当前有效数据个数的变量，所以这里直接返回该变量与0比较的值即可。
// 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* q)
{
return q->size == 0;
}
数据入队
首先，依旧断言判断指针有效性。其次，就是动态开辟结点，并对新节点初始化。然后，进行头插操作，记得第一次插入时，需要单独判断两个指针同时指向新结点。最后，记得让tail指针指向最后一个结点和size++。
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QueueDataType data)
{
//断言判断指针有效性
assert(q);
//开辟结点
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
if (NULL == newnode)
{
perror("malloc fail\n");
return;
}
newnode->next = NULL;
newnode->data = data;
//插入数据
//空队列插入数据
if (q->head == NULL)
{
q->head = q->tail = newnode;
}
//非空队列插入数据
else
{
q->tail->next = newnode;
q->tail = newnode;
}
q->size++;
}
数据出列
首先，当队列为空时，不能进行删除操作，所以断言判断一下是否为空队列。然后，就是头删链表的操作，需要注意的是当只剩一个结点时，对tail进行特殊处理避免野指针。最后，就是让记录有效元素的size–一下。
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q);
//空队列无法删除数据
assert(!QueueEmpty(q));
//只有一个数据
if (q->head == q->tail)
{
free(q->head);
q->head = q->tail = NULL;
}
else
{
//先保存下一个结点
QueueNode* next = q->head->next;
free(q->head);
q->head = next;
}
//记录当前数据个数
q->size--;
}
获取有效数据个数
由于在定义队列时，定义了一个记录当前有效元素个数的变量，所以这里直接返回该变量当前的值即可。
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{
assert(q);
return q->size;
}
获取队头数据
直接返回第一个结点的data即可。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-771593.html
// 获取队列头部元素
QueueDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->head->data;
}
获取队尾数据
直接返回tail指针指向的链表存放的数据即可。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-771593.html
// 获取队列队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->tail->data;
}
完整代码
//头文件
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
typedef int QueueDataType;
typedef struct QueueNode
{
struct QueueNode* next;
QueueDataType data;
}QueueNode;
typedef struct Queue
{
struct QueueNode* head;
struct QueueNode* tail;
int size;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QueueDataType data);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q);
// 获取队列头部元素
QueueDataType QueueFront(Queue* q);
// 获取队列队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* q);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q);
// 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* q);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q);
//源文件
#include"Queue.h"
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
//断言判断指针有效性
assert(q);
//初始化
q->head = q->tail = NULL;
q->size = 0;
}
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QueueDataType data)
{
//断言判断指针有效性
assert(q);
//开辟结点
QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
if (NULL == newnode)
{
perror("malloc fail\n");
return;
}
newnode->next = NULL;
newnode->data = data;
//插入数据
//空队列插入数据
if (q->head == NULL)
{
q->head = q->tail = newnode;
}
//非空队列插入数据
else
{
q->tail->next = newnode;
q->tail = newnode;
}
q->size++;
}
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
assert(q);
//空队列无法删除数据
assert(!QueueEmpty(q));
//只有一个数据
if (q->head == q->tail)
{
free(q->head);
q->head = q->tail = NULL;
}
else
{
QueueNode* next = q->head->next;
free(q->head);
q->head = next;
}
//记录当前数据个数
q->size--;
}
// 获取队列头部元素
QueueDataType QueueFront(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->head->data;
}
// 获取队列队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* q)
{
assert(q);
assert(!QueueEmpty(q));
return q->tail->data;
}
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* q)
{
assert(q);
return q->size;
}
// 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* q)
{
return q->size == 0;
}
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
assert(q);
//释放结点
while (q->head)
{
QueueNode* next = q->head->next;
if (q->tail != q->head)
{
free(q->head);
q->head = next;
}
else
{
//避免野指针
free(q->head);
q->head=q->tail = NULL;
}
}
//手动置零
q->size = 0;
}
到了这里，关于数据结构——队列（C语言实现）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！
