数据结构之队列详解

Posted 2021-12-04 梦乡回雪

数据结构之队列详解

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文章目录

• 数据结构之队列详解
• 前言
• 一、队列的概念及结构
• 二、队列的实现
• • 1.基本结构
  • 2.基本操作
  • • （1）初始化和销毁
    • （2）出队入队
    • （3）判空
    • （4）获取元素
• 三、循环队列
• 总结

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前言

在介绍玩栈之后我们来介绍下队列基本结构

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一、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
• 上图演示：
  

二、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。
  『』

1.基本结构

代码如下（示例）：

// 链式结构：表示队列
typedef struct QListNode
{ 
	 struct QListNode* _pNext; 
	 QDataType _data; 
}QNode; 
// 队列的结构
typedef struct Queue
{ 
	 QNode* _front; 
	 QNode* _rear; 
}Queue;

• 这里注意QListNode表示的是每一个『 存放数据 』的节点，Queue是『 整个队列 』，含有指向队头和队尾的两个QListNode* 指针。因此我们在函数传参的时候只需要传递Queue相关的地址来操作队列即可

2.基本操作

（1）初始化和销毁

• 初始化只需要把头尾置空即可，但是销毁不仅仅要销毁队列头尾指针，还要释放每一个存放数据的节点

// 初始化队列
void QueueInit(Queue* q)
{
	assert(q);
	q->front = q->tail = NULL;
}

// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* q)
{
	assert(q);
	QueueNode* cur = q->front;
	while (cur)
	{
		QueueNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}	
	q->front = q->tail = NULL;
}

（2）出队入队

• 队尾入队列,考虑两种情况，一是队列为空直接队列头尾指针指向新节点，二是不为空，需要链接新节点到尾部

// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* q, QDataType data)
{
	assert(q);
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	newnode->data = data;
	newnode->next = NULL;
	if (q->front == NULL)
	{
		q->front = q->tail = newnode;
	}
	else
	{
		q->tail->next = newnode;
		q->tail = newnode;
	}
}

• 出队列时候需要特殊注意一种情况，正常做法是把头节点出队free掉，并且头指针指向下一个，但是要考虑只有一个数据出队时候！！！当你头指针释放完指空的时候此刻，尾指针还在指向释放掉的空间，成了野指针！！！因此要置空。

// 队头出队列
void QueuePop(Queue* q)
{
	assert(q);
	assert(!QueueEmpty(q));

	QueueNode* next = q->front->next;
	free(q->front);
	q->front = next;
	if (q->front == NULL)
	{
		q->tail = NULL;
	}
}

（3）判空

// 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 
int QueueEmpty(Queue* q)
{
	assert(q);
	return q->front == NULL;
}

（4）获取元素

// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* q)
{
	assert(q);//断言防止传进来空指针
	assert(!QueueEmpty(q));//断言防止队列空
	return q->front->data;
}
// 获取队列队尾元素
QDataType 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);
	int n = 0;
	QueueNode* cur = q->front;
	while (cur)
	{
		cur = cur->next;
		n++;
	}
	return n;
}

代码如下（示例）：

三、循环队列

• 实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。环形队列可以使用数组实现也可以用循环链表来实现
  
• 当头指针和尾指针相遇时队列已满，具体可以参考这篇文章

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总结

以上就是队列基础内容和操作，实际上栈和队列的实际应用还是很多，比如叫号机等等。那么队列和栈的常见题型下次见。