队列的基本操作(C语言实现)
本篇博客带来栈的好兄弟——队列。
目录
一、 队列的概念与结构
二、 队列的框架定义
三、 队列的功能实现
3.1 队列的初始化
3.2 队列的销毁
3.3 队列插入数据
3.4 队列删除数据
3.5 队列的判空
3.6 取头部数据
3.7 取尾部数据
3.8 队列的大小
四、功能测试
五、总结
一、 队列的概念与结构
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(First In First Out)的特性。入队列:进行插入操作的一端称之为队尾;出队列:进行删除操作的一段称之为队头。
二、 队列的框架定义
队列也可以使用数组或链表实现,使用链表的结构实现更有一些,因为如果使用数组的结构,出队列在数组0下标处上出数据,效率会比较低。
接下来我们来看看此次要实现的队列基本操作。
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDataType data;
}QNode;typedef struct Queue
{QNode* head;QNode* tail;
}Queue;void QueueInit(Queue* pq); //队列的初始化
void QueueDestroy(Queue* pq); //队列的销毁
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x); //插入数据
void QueuePop(Queue* pq); //删除数据
bool QueueEmpty(Queue* pq); //队列的判空
QDataType QueueFront(Queue* pq); //队列头部数据
QDataType QueueBck(Queue* pq); //队列尾部数据
int QueueSize(Queue* pq); //队列的大小
注意:
栈使用的是数组,数组是可以直接访问的。而如果我们使用链表实现队列,则要设置一个head和tail指针表示队头和对尾,其中head和tail都为普通的单链表节点结构,所以它们要设置next指针域和data数据域,这样才能实现队列的特性。
三、 队列的功能实现
3.1 队列的初始化
和之前实现的单链表初始化差不多,这里就不过多讲解了。
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;
}
3.2 队列的销毁
因为是链表的形式,所以我们释放空间不能像数组一样直接整段释放,要使用while将每个节点释放掉。
void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* Dest = pq->head;while (Dest){QNode* temp = Dest->next;free(Dest);Dest = temp;}pq->head = pq->tail = NULL;
}
3.3 队列插入数据
队列插入数据的步骤:
①将newnode链接到head节点的next;②将newnode设置为新的tail节点。
这里我们注意,在我们初始化的时候,我们将head和tail节点都置为了NULL,所以在我们第一次插入数据的时候要做一次判断,如果(head==NULL),则要将tail和head都设置为newnode节点,这样才能保证链表正常链接起来。
注释写的很详细,大家可以看看。
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);//创建一个节点QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){printf("malloc fail\n");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;//判断pq是不是一个空结点//如果是 则将newnode置为当前队列的第一个结点//如果不是 则将newnode链接到pq的下一个位置if (pq->tail == NULL){ //两个节点都指向newnode 表示此时队列中就一个元素pq->head = pq->tail = newnode;}else {//1.将newnode链接到tail的后面pq->tail->next = newnode;//2.将newnode置换为新的tailpq->tail = newnode;}
}
3.4 队列删除数据
上文就提到过,队列是先进先出,所以我们删除数据要从队头删除。
队列删除数据的步骤:
①保存head下一个节点的位置
②释放head节点
③将保存的节点设置为新的head。
注意:
①要先判断队列不能为空
②如果队列中仅剩一个节点的时候,我们按以上的步骤释放了head节点并将其置为了NULL,但是我们没有处理tail节点,此时tail节点就成了经典的野指针。所以我们要额外判断当节点仅剩一个的时候,即(pq->head->next==NULL),我们要释放head结点,并将其head和tail都置为NULL。
代码如下:
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));//额外判断一下,解决如果仅剩一个结点了,pop的话导致tail为野指针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;}
}
3.5 队列的判空
队列如何判空呢?
此时我们只用判断head是否为NULL即可,即(head->next==NULL);
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}
3.6 取头部数据
注意: 这些取数据和删除数据的操作都要先判断队列是否为空。
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->head->data;
}
3.7 取尾部数据
QDataType QueueBck(Queue* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->tail ->data;
}
3.8 队列的大小
链表不数组可以通过计算下标来算长度,所以这里我们只能使用循环计算直到cur==NULL;
int QueueSize(Queue *pq)
{assert(pq);int count = 0;QNode* cur = pq->head;while (cur){cur = cur->next;count++;}return count;
}
四、功能测试
还是和栈一样的测试方式来检查我们队列实现是否成功。
同样,队列是不能遍历的,所以我们也要采用取出一个队列头部数据,然后将头部数据弹出,直到队列为空。
五、总结
相比于栈,队列的性质与栈的截然不同,同样我们这里使用的链式结构与数组的形式也不同。
我感觉实现队列唯一的难点可能就是其中两层结构体的灵活使用吧,其他的与栈的实现很类似,大家可以把队列的框架定义看看,然后自己实现一下,这对于掌握结构体很有帮助,对队列的认识也会加深。
好了,本篇博客到此就结束了,接下来做几道题目之后就会开始树的学习,一段全新的征程,大家一起学习数据结构,一起加油。
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