数据结构：队列_数据结构队列

目录

 一、队列的结构与概念

二、队列的实现

2.1、队列的一些主要功能

2.2.1 入队列

2.2.2 出队列

2.2.3 队列判空 

2.2.4 取队头数据和取队尾数据

2.2.5 判断队列中的数据个数

2.2.6 队列销毁

总结 

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 一、队列的结构与概念

概念：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的特殊线性表，队列具有先进先出。其中入队列的一端我们称为队尾，出队列的一端我们称为队头。

那么从图中我们便可以大致看出，数据是从队尾进入的，出数据是从队头出的。

在队列底层结构类型的选择上，我们主要选择两种，一种是数组，另一种是链表。本篇博客主要以链表作为底层结构类型进行讲解 。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。

二、队列的实现

2.1、队列的一些主要功能

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
 
//定义队列结构
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode   //其实就相当于是一个链表
{
	int data;//存储数据
	struct QueueNode* next;//指向下一个节点的指针
}QueueNode;
typedef struct Queue
{
	QueueNode* phead; //指向头节点的指针
	QueueNode* ptail;//指向尾节点的指针
	int size;//用来统计队列中的数据个数
}Queue;
 
//第一步：队列的初始化
void QueueInit(Queue* pd);
//入队列，队尾
void QueuePush(Queue* pd, QDataType x);
//出队列，队头
void QueuePop(Queue* pd);
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pd);
//取队列头数据
QDataType QueueFront(Queue* pd);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pd);
//判断队列中的有效元素
int QueueSize(Queue* pd);//这里因为返回的肯定是一个整形的数据，所以直接使用int进行定义
//队列的销毁
void QueueDestroy(Queue* pd);

 从上述代码来看，我们可以看出队列这里给出的共有7个功能现在我们一个一个展开来讲。

2.2.1 入队列

void QueuePush(Queue* pd, QDataType x)
{
	assert(pd);
	//申请一个新的节点
	QueueNode* NewNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (NewNode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	//申请完新节点之后一定要记得初始化链表，将X赋给data，next指针置为空
	NewNode->data = x;
	NewNode->next = NULL;
	//先判断队列是不是为空
	if (pd->phead == NULL)
	{
		pd->phead = pd->ptail = NewNode;
	}
	//队列不为空，将NewNode赋值给ptail
	else
	{
		pd->ptail->next= NewNode;
		pd->ptail = NewNode;//将ptail移到新节点的位置
	}
	pd->size++;
}

首先我们先判断接收的指针是否为一个空指针，如果为空指针就会触发断言报错。好，现在来讲解代码，首先我们插入一个新的数据我们需要申请一个新的节点，那么申请新的节点这里我们需要用到malloc，申请多大的空间呢？申请一个QueueNode 这个链表结构体大小的空间。申请完空间之后，我们要将值赋给这个新节点下面的data，同时将新节点的下一个数据置空，那么我这里就画个图演示一下。

画得有点粗糙，不过也可以方便理解，当我们插入一个新节点之后，我们需要将ptail（尾节点）的下一个节点指向新节点，然后将ptail移到新的节点。

可以看到，我么已经成功插入了四个数据。

2.2.2 出队列

void QueuePop(Queue* pd)
{	
	assert(pd);
	//判断队列是否为空
	assert(!QueueEmpty(pd));
 
	//只剩一个节点的情况，避免ptail成为野指针
	if (pd->phead == pd->ptail)
	{
		free(pd->phead);
		pd->phead = pd->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		//删除第一个节点的元素
		QueueNode* next = pd->phead->next;
		free(pd->phead);
		pd->phead = next;
	}
	pd->size--;
}

那么出队列我们是从队头进行出队列。由于是删除队头的一个数据，所以我们不需要再进行申请一个新的空间，但是我们首先要进行判断这个队列它本身是不是一个空的队列，所以我们首先要进行判空，如果是一个空队列，那么就无法进行出队列的操作。但是出队列的过程中我们需要考虑到两种情况，首先就是如果队列只有一个数据了我们该怎么办，另外一种当然就是还有很多数据的情况啦。假设现在我们只有一个数据了，那么就是ptail = phead（首节点）的情况，那么这个时候我们释放掉ptail或者phead都是可以的，因为都在同一个位置，那么释放完之后我们记得要给ptail和phead置空，避免野指针的出现。那么数据较多的情况，我们首先新建立一个指针next，将phead的下一个节点存储到next里面，防止释放掉phead之后找不到phead的下一个节点，释放完之后我们再将next的值赋给phead就可以了。这里我就不演示了，大家可以自行进行调试。

2.2.3 队列判空 

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

那么，队列判空就非常的简单啦，只要phead和ptail都为空，那么队列就会为空。这里我们使用的是一个布尔类型，当队列为空时返回true，不是则返回false。

2.2.4 取队头数据和取队尾数据

QDataType QueueFront(Queue* pd)
{
	assert(pd);//不可以传进来一个空指针
	assert(!QueueEmpty(pd));//队列里面要有数据，没有数据无法读取
	return pd->phead->data;
}
 
//取出队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pd)
{
	assert(pd);
	assert(!QueueEmpty(pd));
	return pd->ptail->data;
}

由于取出队头和队尾的数据这个过程比较的简单，我就把它们俩放到一起来讲了。同样我们要判断这是不是一个空队列，如果是一个空队列我们又怎么取得出里面的数据呢？取出队头我们就返回头节点对应的数据就可以了，队尾同样的。

2.2.5 判断队列中的数据个数

int QueueSize(Queue* pd)
{
	//int size = 0;
	//assert(pd);
	//QueueNode* pcur = pd->phead;//定义一个指针指向头节点
	//while (pcur)//当PCUR为空指针的时候跳出循环
	//{
	//	size++;
	//	pcur = pcur->next;
	//}
	return pd->size;
}

判断元素个数有两种方法，其中一种是遍历，另外一种就是在队列的结构体中在加上一个成员size。我选择后者的原因是第二种效率会更高。假设我们使用第一种遍历的方法去判断有效数据个数，那么我们每一次判断都要进行一次遍历，假设我们现在有N个数据，那么时间复杂度就会是O(N)，可见效率是非常慢的，所以我们这里选择使用size。在插入数据的时候size++，在删除数据的时候size--。大家可以回过头看看插入和删除的代码是不是最后一行都有一个size；

2.2.6 队列销毁

void QueueDestroy(Queue* pd)
{
	assert(pd);
	assert(!QueueEmpty(pd));//如果队列本身就为空，就没有必要再进行销毁了
	QueueNode* pcur = pd->phead; //定义一个PCUR指针，然后循环去销毁队列
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pd->phead = pd->ptail = NULL;
	pd->size = 0;
}

队列的销毁稍微复杂一点点，首先当然还是要判断这是不是一个空的队列，如果本身就是一个空的队列，那我们还销毁个der啊。在这里我们定义一个新的指针pcur 同时指向第一个phead节点。开始循环进行销毁，当pcur为空时，结束循环。首先我们要将pcur->next 给next，防止pcur被释放之后找不到下一个节点，然后将next重新给pcur。最后销毁完成之后，我们要记得给phead和ptail置空，同时size置0。

总结 

好了，队列的数据结构到这里就差不多结束了，总体来说当我们有顺序表和链表的基础之后，队列这个数据结构相对来说还是非常简单的。最后大家一定要多动手操作，一定要自己手敲一遍。

       

求三连！！！！！！