C语言 队列的实现全解析

目录

• 队列的实现
• 基本概念
• 创建结构体
• 初始化结构体
• 销毁队列结构体
• 入队
• 出队
• 判断队列是否为空
• 访问对头的值
• 访问队尾的值
• 返回队列的长度
• Queue.h
• Queue.c
• Test.c

队列的实现

基本概念

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

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，效率会比较低需要挪动数据O(N)。而链表结构头删只需要O(1)。尾插定义一个尾指针，也只需要O(1)。

创建结构体

这是一个嵌套结构体。

实参q的地址传给了形参pq。pq就是一个指向结构体Queue的指针。Queue里面的head是指向队列对头的指针，tail是指向队尾的指针。

int main()
{
//创建结构体变量q
//需要传q的地址过去。
	Queue q;

	return 0;
}

定义一个尾指针tail方便入队的尾插。头指针head方便出队时的头删。

typedef int QDataType;
//节点结构体
typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;
//头指针和尾指针的结构体
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
}Queue;

初始化结构体

才开始还没有创建队列的空间，所以只需要初始化第一个结构体就ok了。队列初始状态需要对头和队尾指向同一位置，且都是空。

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

销毁队列结构体

这次我把销毁结构体放在初始化结构体的后面，原因是内存泄漏很严重，但是经常会忘记销毁结构体。创建意味着就要销毁，二者对立，所以排在初始化的后面，理所应当。

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

入队

入队的时候，会创建新的节点。最好最好把新开的newnode节点初始化。把他的next置为空，方便后期求队列长度函数，和出队函数的循环条件的书写。

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);
	//下面两个初始化很有必要
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

出队

因为Queue结构体不可能为空,所以需要断言

还需要断言pq->head和tail都不为空。

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

判断队列是否为空

为空返回true，为假返回false

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

访问对头的值

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

访问队尾的值

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

返回队列的长度

长度不可能为负数，所以返回类型为size_t

size_t QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

Queue.h

#pragma once

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>

typedef int QDataType;

typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;

	//size_t size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
size_t QueueSize(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);

Queue.c

#include "Queue.h"

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);


	return pq->head == NULL;
}

size_t QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	size_t size = 0;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}

	return size;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}

Test.c

void TestQueue()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);

	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	printf("%d ", QueueFront(&q));
	QueuePop(&q);

	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);

	while (!QueueEmpty(&q))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&q));
		QueuePop(&q);
	}
	printf("\n");
}

int main()
{

	TestQueue();

	return 0;
}