Day5：数据结构之队列

Posted 2021-09-05 雨轩（小宇）

队列

• 前言
• 1、队列的概念
• 2、队列的实现方式
• 3、队列的基本操作
• • 头文件
  • 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. 获取队列有效个数
  • 7. 判断队列为空
  • 8. 销毁队列
• 4、队列面试题（结合栈）
• 5、队列和栈的区别

目录	目录
顺序表	单链表（不带附加头结点）
双链表（带附加头结点）	栈（顺序表实现）
队列（链式，不带附加头结点）

前言

这一节我们来学习队列，以及队列和栈的区别。

1、队列的概念

1. 队列是另一种限定存取位置的线性表，只允许在队尾（rear）插入，队头(front)删除。（可以理解为排队打饭）

2、队列的实现方式

1. 队列可以用数组和链表来实现，但相对于队列链表更优，链表实现头删和尾插不需要移动元素，数组是需要移动元素的，效率比较低。

3、队列的基本操作

头文件

#pragma once // 防止头文件重复包含
#include<stdio.h>
#include<assert.h> // 断言检查
#include<stdlib.h> // 动态内存函数头文件
#include<stdbool.h> // bool头文件
typedef int QDataType; // 给int重命名为QDataType
// 链式结构：表示队列 
typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* next; // 指针域
	QDataType data; // 数据域
}QNode;

// 队列的结构 
typedef struct Queue
{
	QNode* front; // 结构体队头指针
	QNode* rear; // 结构体队尾指针
}Queue;

1. 初始化队列

1. front 和 rear都等于NULL，表示空队列，即初始化队列

void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);
	q->front = q->rear = NULL;
}

2. 队尾入队列

分两种情况判断

1. 队列为空，新结点就插入在队头和队尾上
2. 队列不为空，新结点直接插入在原队尾成为新的队尾

void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));// 创建新结点
	if (newnode == NULL) // 检查是否开辟成功
	{
		perror("Push"); // 报错信息
		exit(-1);
	}
	newnode->data = data; // 给新结点赋值
	newnode->next = NULL; // 新结点变队尾，其指针域置空
	if (q->rear == NULL)// 队列为空的时候
	{
		q->front = q->rear = newnode; // 队头和队尾都等于新结点
	}
	else
	{
		q->rear->next = newnode; // 原队尾指向新队尾（新结点）
		q->rear = newnode; // 新结点变为队尾结点
	}
}

3. 队头出队列

分两种情况判断

1. 队列只有一个结点的时候，直接将队头删除，然后 front 和 rear 置空
2. 队列多个结点的时候，需要先重命名第二个结点，然后再去删除队头

void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q); // 断言检查
	assert(!QueueEmpty(q)); // 检查是否非空，有元素才可以删除
	if (q->front->next == NULL) // 只有一个结点时
	{
		free(q->front); // 释放，防止内存泄漏
		q->front = q->rear = NULL; // 队头队尾置空
	}
	else
	{
		QNode* next = q->front->next; // 重命名第二个结点
		free(q->front); // 释放，防止内存泄漏
		q->front = next; // 让第二个结点成为队头
	}
}

4. 获取队列头部元素

1. 先检查是否非空，在获取队头元素即可

QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q)); // 检查是否非空
	return q->front->data; // 返回队头元素
}

5. 获取队列队尾元素

1. 先检查是否非空，在获取队尾元素即可

QDataType QueueBack(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q)); // 检查是否非空
	return q->rear->data; // 返回队尾元素
}

6. 获取队列有效个数

1. 定义队头元素，迭代进行遍历即可

int QueueSize(Queue* q)
{
	assert(q); // 断言检查
	int len = 0;
	QNode* cur = q->front; // 队头元素重命名
	while (cur)
	{
		len++;
		cur = cur->next; // 迭代
	}
	return len; // 返回个数
}

7. 判断队列为空

1. 检测队列是否为空，如果为空返回非零，非空返回0

int QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q); // 断言检查
	return q->front == NULL && q->rear == NULL; 
	// front和rear都为空，队列才空
}

8. 销毁队列

1. 队头元素重命名，迭代一层一层删除即可

void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QNode* cur = q->front; // 队头元素重命名
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next; // 下一个结点，进行迭代
		free(cur); // 释放内存，防止内存泄漏
		cur = next; // 迭代
	}
	q->front = q->rear = NULL; // 释放完队头和队尾需要置空
}

4、队列面试题（结合栈）

学了队列，结合队列和栈，可以做一下下面的面试题来加深自己的理解

1. 设计循环队列
2. 用队列实现栈
3. 用栈设计队列

5、队列和栈的区别

1. 队列先进先出，栈后进先出
2. 队列是在两端队尾插入，队头删除，而栈只能在一端（栈顶）插入和删除

源码地址：队列源码

ps：制作不易，记得三连