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【数据结构】队列的实现

2023-09-17 11:37

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队列是一种常用的数据结构,也是一种操作受限制的线性表,特点是只允许在表的头部进行删除操作,在表的尾部进行插入操作,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

我们实现可以用数组和链表结构实现,但使用链表更优,如果去用数组实现啊,出队列在数组头上出数据,效率会很低 ,需要挪动n次,时间复杂度为O(N)。

(1)创建结构体

typedef int QDataType;typedef struct QueueNode{QDataType data;struct QueueNode* next;}QNode;typedef struct Queue{QNode* head;QNode* tail;int size;}Queue;

我们要创建两个结构体,一个表示链式结构,即队列,第二个是队列的结构。
先使用typedef int QDateType,是为了方便改类型,在结构体里创建2个成员变量,分别表示结点的数据域和指针域,之后创建队列里的结构体,在里面创建两个指针变量分别指向队列的头部和尾部,size记录队列的个数。

(2)具体函数实现及解析

1.1 初始化队列

void QueueInit(Queue* qq)//队列初始化{assert(qq);qq->head = qq->tail = NULL;qq->size = 0;}

初始化队列,传一级指针改变的是结构体,只需要结构体指针,qq是不能为空的,所以需要断言防止人为穿空,把头指针和尾指针置空,size置0。

1.2入队列

void QueuePush(Queue* qq, QDataType x)//入队列{assert(qq);    QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (qq->tail == NULL){qq->head = qq->tail = newnode;}else{qq->tail->next = newnode;qq->tail = qq->tail->next;}qq->size++;}

入队列其实就是尾插,先malloc申请一个结点,再判断是否为空,再把结点数据域和指针域分别给上x和空,再进行尾插:判断尾或者头是否为空,为空则把它们指向新节点,反之,把新节点链在尾部,并更新尾部,最后插入完把size++。

1.3出队列

void QueuePop(Queue* qq)//出队列{assert(qq);assert(!QueueEmpty(qq));if (qq->head->next == NULL){free(qq->head);qq->head = qq->tail = NULL;}else{QNode* del = qq->head;qq->head = qq->head->next;free(del);}qq->size--;}

出队列是进行头删,除了断言qq是否为空,还要判断整个队列是否为空,空的时候不能删。头删如果只有一个结点,直接free,并把头和尾置空;否则先把头部存在del指针变量中,再更新头结点,释放del。最后size个数–。

1.4取队首元素

QDataType QueueFront(Queue* qq)//取队列首元素{assert(qq);assert(!QueueEmpty(qq));return qq->head->data;}

取队首也需要断言,直接返回头部指向的数据。

1.5取队尾元素

QDataType QueueBack(Queue* qq)//取队列尾元素{assert(qq);assert(!QueueEmpty(qq));return qq->tail->data;}

取队尾直接返回尾部指向的数据。

1.6返回队列个数

int QueueSize(Queue* qq)//返回队列个数{assert(qq);return qq->size;}

返回队列个数,返回qq指向的个数。

1.7判断是否为空

bool QueueEmpty(Queue* qq)//判断是否为空{assert(qq);return qq->head == NULL &&qq->tail == NULL;}

判断是否为空,直接返回head和tail同时为空,如果同时为空返回true,有一个不为空返回false。

1.8销毁队列

void QueueDestroy(Queue* qq)//销毁队列{assert(qq);QNode* cur = qq->head;while (cur){QNode* del = cur;cur = cur->next;free(del);}qq->head = qq->tail = NULL;qq->size = 0;}

队列销毁需要把头指针存到cur中,用while循环,把cur存到del指针变量中,更新cur,并释放掉del。最后把头指针和尾指针同时置为空,size置0。

(1)Queue.c

#include"Queue.h"void QueueInit(Queue* qq)//队列初始化{assert(qq);qq->head = qq->tail = NULL;qq->size = 0;}void QueuePush(Queue* qq, QDataType x)//入队列{assert(qq);    QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (qq->tail == NULL){qq->head = qq->tail = newnode;}else{qq->tail->next = newnode;qq->tail = qq->tail->next;}qq->size++;}void QueuePop(Queue* qq)//出队列{assert(qq);assert(!QueueEmpty(qq));if (qq->head->next == NULL){free(qq->head);qq->head = qq->tail = NULL;}else{QNode* del = qq->head;qq->head = qq->head->next;free(del);}qq->size--;}QDataType QueueFront(Queue* qq)//取队列首元素{assert(qq);assert(!QueueEmpty(qq));return qq->head->data;}QDataType QueueBack(Queue* qq)//取队列尾元素{assert(qq);assert(!QueueEmpty(qq));return qq->tail->data;}int QueueSize(Queue* qq)//返回队列个数{assert(qq);return qq->size;}bool QueueEmpty(Queue* qq)//判断是否为空{assert(qq);return qq->head == NULL &&qq->tail == NULL;}void QueueDestroy(Queue* qq)//销毁队列{assert(qq);QNode* cur = qq->head;while (cur){QNode* del = cur;cur = cur->next;free(del);}qq->head = qq->tail = NULL;qq->size = 0;}

(2)Queue.h

#pragma once#include#include#include#includetypedef int QDataType;typedef struct QueueNode{QDataType data;struct QueueNode* next;}QNode;typedef struct Queue{QNode* head;QNode* tail;int size;}Queue;void QueueInit(Queue* qq);//队列初始化void QueuePush(Queue* qq,QDataType x);//入队列void QueuePop(Queue* qq);//出队列QDataType QueueFront(Queue* qq);//取队列首元素QDataType QueueBack(Queue* qq);//取队列尾元素int QueueSize(Queue* qq);//返回队列个数bool QueueEmpty(Queue* qq);//判断是否为空void QueueDestroy(Queue* qq);//销毁队列

(3)test.c

#include"Queue.h"void test(){Queue q;QueueInit(&q);QueuePush(&q, 9);QueuePush(&q, 8);printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);QueuePush(&q, 7);QueuePush(&q, 6);printf("%d\n", QueueEmpty(&q));printf("%d\n", QueueFront(&q));printf("%d\n", QueueBack(&q));while (!QueueEmpty(&q)){printf("%d ", QueueFront(&q));QueuePop(&q);}printf("\n");printf("%d\n", QueueSize(&q));}int main(){test();return 0;}

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来源地址:https://blog.csdn.net/m0_59292239/article/details/127847566

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