大话数据结构系列之链队列结构（十二）

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定义
链队列 VS 循环队列
链队列代码实现（ C 、Java ）

定义

队列的链式存储结构，其实就是线性表的单链表，只不过它只能尾进头出而异，我们把它简称为链队列

链队列 VS 循环队列

时间角度
它们的基本操作都是常数时间，为 O[1] ，不过循环队列是事先申请好空间，使用期间不释放
对于链队列，每次申请和释放节点也会存在一点儿时间开销

空间角度
循环队列必须有一个固定的长度，所以有了存储元素个数和空间浪费的问题。而链队列更加灵活。

汇总
在可以确定队列长度最大值得情况下，建议使用循环队列，否则使用链队列。

链队列代码实现（ C 、Java ）

C 语言

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include "time.h"#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */typedef int Status; typedef int QElemType; /* QElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */typedef struct QNode    /* 结点结构 */
{QElemType data;struct QNode *next;
}QNode,*QueuePtr;typedef struct          /* 队列的链表结构 */
{QueuePtr front,rear; /* 队头、队尾指针 */
}LinkQueue;Status visit(QElemType c)
{printf("%d ",c);return OK;
}/* 构造一个空队列Q */
Status InitQueue(LinkQueue *Q)
{ Q->front=Q->rear=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if(!Q->front)exit(OVERFLOW);Q->front->next=NULL;return OK;
}/* 销毁队列Q */
Status DestroyQueue(LinkQueue *Q)
{while(Q->front){Q->rear=Q->front->next;free(Q->front);Q->front=Q->rear;}return OK;
}/* 将Q清为空队列 */
Status ClearQueue(LinkQueue *Q)
{QueuePtr p,q;Q->rear=Q->front;p=Q->front->next;Q->front->next=NULL;while(p){q=p;p=p->next;free(q);}return OK;
}/* 若Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(LinkQueue Q)
{ if(Q.front==Q.rear)return TRUE;elsereturn FALSE;
}/* 求队列的长度 */
int QueueLength(LinkQueue Q)
{ int i=0;QueuePtr p;p=Q.front;while(Q.rear!=p){i++;p=p->next;}return i;
}/* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
Status GetHead(LinkQueue Q,QElemType *e)
{ QueuePtr p;if(Q.front==Q.rear)return ERROR;p=Q.front->next;*e=p->data;return OK;
}/* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */
Status EnQueue(LinkQueue *Q,QElemType e)
{ QueuePtr s=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if(!s) /* 存储分配失败 */exit(OVERFLOW);s->data=e;s->next=NULL;Q->rear->next=s;    /* 把拥有元素e的新结点s赋值给原队尾结点的后继，见图中① */Q->rear=s;      /* 把当前的s设置为队尾结点，rear指向s，见图中② */return OK;
}/* 若队列不空,删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK,否则返回ERROR */
Status DeQueue(LinkQueue *Q,QElemType *e)
{QueuePtr p;if(Q->front==Q->rear)return ERROR;p=Q->front->next;       /* 将欲删除的队头结点暂存给p，见图中① */*e=p->data;             /* 将欲删除的队头结点的值赋值给e */Q->front->next=p->next;/* 将原队头结点的后继p->next赋值给头结点后继，见图中② */if(Q->rear==p)      /* 若队头就是队尾，则删除后将rear指向头结点，见图中③ */Q->rear=Q->front;free(p);return OK;
}/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
Status QueueTraverse(LinkQueue Q)
{QueuePtr p;p=Q.front->next;while(p){visit(p->data);p=p->next;}printf("\n");return OK;
}int main()
{int i;QElemType d;LinkQueue q;i=InitQueue(&q);if(i)printf("成功地构造了一个空队列!\n");printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));printf("队列的长度为%d\n",QueueLength(q));EnQueue(&q,-5);EnQueue(&q,5);EnQueue(&q,10);printf("插入3个元素(-5,5,10)后,队列的长度为%d\n",QueueLength(q));printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));printf("队列的元素依次为：");QueueTraverse(q);i=GetHead(q,&d);if(i==OK)printf("队头元素是：%d\n",d);DeQueue(&q,&d);printf("删除了队头元素%d\n",d);i=GetHead(q,&d);if(i==OK)printf("新的队头元素是：%d\n",d);ClearQueue(&q);printf("清空队列后,q.front=%u q.rear=%u q.front->next=%u\n",q.front,q.rear,q.front->next);DestroyQueue(&q);printf("销毁队列后,q.front=%u q.rear=%u\n",q.front, q.rear);return 0;
}

Java 语言

package com.example.stack;/* 链队列结构 * 备注：头结点front.data不存储元素* */
public class LinkQueue<T> {@SuppressWarnings("hiding")class Node<T> {protected Node<T> next;protected T data;public Node(T data){this.data = data;}}/* 队头、队尾指针 */public Node<T> front;/*链栈长度 */public Node<T> rear;/* 构造一个空队列Q */int initQueue(){this.front = new Node<T>(null);this.rear = new Node<T>(null);return 1;}/** 销毁队列 VS 清空队列 ? * 销毁队列：队列的结构都不存在了* 清空队列：有效结点清除了，但队头队尾还在，队列结构还在* 在 Java 无法做到清除结构亦或者构建的元素，顾两方法都一致* 备注；也许以后的 Java 可以做到，或没有必要*//* 销毁队列Q */int destroyQueue(){Node<T> tempNode = this.front.next;while(tempNode.data != null){tempNode.data = null;tempNode = tempNode.next;this.front.next = tempNode;}return 1;}/* 将Q清空队列 */int clearQueue(){Node<T> tempNode = this.front.next;while(tempNode.data != null){tempNode.data = null;tempNode = tempNode.next;this.front.next = tempNode;}return 1;}/* 若Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */boolean queueEmpty(){if(this.front.data == null && this.rear.data == null)return true;elsereturn false;}/* 求队列的长度 * 遗留：Java 中New的两个新的引用对象 a 和 b，在进行 = 号表达时，无法判断它们彼此的地址是否相等？* 如本题中的 front 与 rear，无法与 C 语言中的一致，进行指针的比较* */int queueLength(){int i = 0;if(this.front.data == null && this.rear.data == null)return i;else{i = 0;this.front = this.front.next;while(this.front.data != null){i++;this.front = this.front.next;}}return i;}/* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */T getHead(){if(this.front.data == null && this.rear.data == null)throw new NullPointerException("为空队列！");return this.front.next.data;}/* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */int enQueue(T elem){Node<T> tempNode = new Node<T>(elem);if(this.queueLength() == 0){this.rear=tempNode;this.rear.next = this.front;this.front.next = this.rear;}else{this.rear.next = tempNode;this.rear = tempNode;this.rear.next = this.front;}return 1;}/* 若队列不空,删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK,否则返回ERROR */T deQueue(){if(this.front.data == null && this.rear.data == null)throw new NullPointerException("为空队列！");T elem = this.front.next.data;//待删除元素赋予空值this.front.next.data =null;this.front.next = this.front.next.next;return elem;}/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */void queueTraverse(){Node<T> tempNode = this.front.next;while(tempNode.data != null){System.out.println(tempNode.data);tempNode = tempNode.next;}}public static void main(String[] args){LinkQueue<Integer> q = new LinkQueue<Integer>();q.initQueue();System.out.println("是否空队列？%d(1:空 0:否)  "+q.queueEmpty());System.out.println("队列的长度为%d\n"+q.queueLength());q.enQueue(-5);q.enQueue(5);q.enQueue(10);System.out.println("插入3个元素(-5,5,10)后,队列的长度为%d\n"+q.queueLength());System.out.println("是否空队列？%d(1:空 0:否)  "+q.queueEmpty());System.out.println("队列的元素依次为：");q.queueTraverse();System.out.println("队头元素是：%d\n"+q.getHead());System.out.println("删除了队头元素%d\n"+q.deQueue());System.out.println("新的队头元素是：%d\n"+q.getHead());q.clearQueue();System.out.println("清空队列后,q.front="+q.front.data+" q.rear="+q.rear.data+" q.front->next="+q.front.next.data);//q.destroyQueue();//System.out.println("销毁队列后,q.front=%u q.rear=%u\n"+q.front.data+"==========="+q.rear.data);}
}

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