数据结构——队列

Posted 2023-02-03 海祁

队列

队列是一种先进先出的顺序表，只允许在表的一端进行插入，在另一端进行删除数据
队尾：队列中允许插入数据的一端
队头：删除数据的一端

队列的实现

对于队列需要进行头插和尾删，所以采用链式结构更加灵活和方便
（一）队列的创建

//创建队列
void QueueInit(Queue* pq)

	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;

（二）队列的销毁

//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)

	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	
	pq->head = pq->tail = NULL;

在遍历队列是可以创建一个cur指针来遍历，销毁节点最后记得置空
（三）队列插入数据

//插入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)

	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	
		printf("malloc fail\\n");
		exit(-1);
	
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	if (pq->tail==NULL)
	
		pq->head = pq->tail = newnode;
	
	else 
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	

注：
1.创建新节点的时候，在创建完成之后一定要判断创建是否成功
2.在队列插入节点时，要考虑本身队列就没有节点的这一特殊情况，该情况下，将头节点和尾节点都指向新节点即可，其他情况下将新节点插入，尾节点指向新节点即可
（四）从队列中删除节点

//删除队头节点
void QueuePop(Queue* pq)

	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	if (pq->head->next==NULL)
	
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	
	else 
		QNode* temp = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(temp);
		temp = NULL;
	

注：
1.在删除节点的过程中，要考虑仅剩一个节点的特殊情况，此时头节点和尾节点都指向同一个节点，此时将这个节点释放掉即可，如果单纯将这个节点按照平常节点来处理，将头节点释放掉，头节点指向空指针，此时尾节点就是指向野指针
（五）取出队头数据

//取出队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq)

	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->head->data;

（六）取出队尾数据

//取出队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)

	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->tail->data;

（七）判断队列是否为空

//判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)

	assert(pq);
	return pq->head == NULL;

（八）求队列大小

//求取队列大小
int QueueSize(Queue* pq)

	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	QNode* cur = pq->head;
	int size = 0;
	while (cur)
	
		cur = cur->next;
		size++;
	
	return size;

队列的应用场景

1.排队，保持绝对公平性
2.广度优先遍历

循环队列

链接: 设计循环队列

对于循环队列，就是队尾连接队首，形成一个循环
如图：

此时表示队列为空，head指向队首，tail指向队尾的下一个节点，如果插入数据，就将数据保存到节点里，将tail向后移即可，如果删除数据，将head节点向后走即可，但是这个思路中有一个问题就是：
当队列为空时：head=tail
当队列满的时候：head=tail
对于判断条件：head==tail无法区分空和满
解决方案：
（一）
可以定义一个size来记录队列数据多少来区分满和空，当size=0时，队列为空，当size=队列大小时，队列满了
（二）
多开一个空间不存储数据，如上一个队列，一共五个空间，但是只存储四个数据

如图在队列中继续插入4，5，6，7，依次向后插入，但是插入6之后表示该队列无法再继续插入数据，判断该队列满的条件就是tail->next是否等于head
判断队列空：tail是否等于head
当然循环队列也可以用数组来实现，这时head和tail就不是指针，而是对应数组的下标，其原理和链式队列是一样的，这里不再详细画图描述，本次代码用数组来实现

typedef struct 
    int* a;
    int k;
    int head;
    int tail;

 MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
MyCircularQueue* obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
obj->a=(int*)malloc((k+1)*sizeof(int));
obj->head=obj->tail=0;
obj->k=k;
return obj;


bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
return obj->head==obj->tail;


bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
int next=obj->tail+1;
if(next==obj->k+1)

    next=0;


return next==obj->head;

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 

if(myCircularQueueIsFull(obj))

    return false;


    obj->a[obj->tail]=value;
    obj->tail++;
    if(obj->tail==obj->k+1)

    obj->tail=0;

return true;


bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))

    return false;

++obj->head;
if(obj->head==obj->k+1)

    obj->head=0;

return true;


int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))

    return -1;

return obj->a[obj->head];


int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))

    return -1;

int prev=obj->tail-1;
if(obj->tail==0)

    prev=obj->k;

return obj->a[prev];




void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
free(obj->a);
obj->a=NULL;
obj->head=obj->tail=0;
free(obj);
obj=NULL;

在这个循环队列的实现过程中，最需要注意的是在临界位置的判断与调整，如在插入数据时，如果tail再插入数据以后已经为k+1,此时tail所指使的下表标已经超出了数组的范围，因此这里要将tail置为0，而在这里更要注意插入和置0的先后顺序，我第一次写的时候将判断和置0放在前面，插入放在后面，是跑不过的，因为tail指向的是最后一个数据的下一个单元。
另外一个需要注意的是，在进行许多操作的时候，需要先进行判空，而在插入数据的时候需要先进行判断队列是否已经满了。
对于循环队列来说，不仅仅可以根据判断最后的临界值来决定改变tail或者head的值，还可以根据取模的方法，其他的我不再赘述，只看以下一道比较有代表性的题目：

在循环队列当中，如果算长度，一般情况下首先想到的就是rear-front,也就是下列的情况：

也就是tail在head之后的情况，这时rear-head没有错误
但是可能存在以下的情况：

这样的话tail-head就会产生负数，因此我们的处理方式是rear+N-head,对于第一种情况也不影响，之后再模N来取下表，可以省去判断并且重置的步骤》