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C語言實現隊列的示例詳解_C 語言

作者：。菀枯。 ? 更新時間： 2022-08-21 編程語言

前言

前一段時間，我們試著用C語言實現了數據結構中的順序表，單鏈表，雙向循環鏈表，棧。今天我們再用C語言來實現另一種特殊的線性結構：隊列

一. 什么是隊列

隊列是一種特殊的線性表，特殊之處在于它只允許在表的前端（head）進行刪除操作，而在表的后端（tail）進行插入操作，和棧一樣，隊列是一種操作受限制的線性表。進行插入操作的端稱為隊尾，進行刪除操作的端稱為隊頭。

這個隊列就可以理解成我們平時的排隊，先進入的先出去，與我們之前實現的先進后出的棧相反。

二. 使用什么來實現棧

再把上次的圖拿出來，我們看看是用線性表來實現隊列，還是鏈表比較好

不同點 順序表 鏈表
存儲空間上 物理上一定連續 邏輯上連續，但物理上不一定連續
隨機訪問 可以直接訪問任何元素 必須從頭節點開始往后尋找
任意位置插入或刪除元素 要搬移其他的元素，效率低。 只需要修改節點的指針指向，效率高
插入 動態順序表，當空間不夠時需要擴容 無容量概念，需要就申請，不用就釋放
應用場景 元素高效存儲，并且需要頻繁訪問 需要在任意位置插入或者刪除頻繁

綜合上表來看，我覺得鏈表較為方便，原因如下：

1.隊列有多少元素不確定，鏈表可以做到需要就申請，不用就釋放，較為方便

2.隊列是先進先出，順序固定，不需要隨機訪問。

三. 隊列的實現

3.1頭文件

1.包含的標準庫

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

2.定義結構體

typedef int QDateType;//隊列存儲數據類型

typedef struct QueueNode //隊列元素節點
{
	QDateType val;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef	struct Queue //隊列
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;

3.函數聲明

void QueueInti(Queue* pq);
// 隊列初始化
void QueueDestory(Queue* pq);
// 隊列的銷毀
void QueuePush(Queue* pq, QDateType x);
// 入隊
void QueuePop(Queue* pq);
// 出隊
QDateType QueueFront(Queue* pq);
// 取出隊首元素
int QueueSize(Queue* pq);
// 求隊列的長度
bool QueueEmpty(Queue* pq);
// 判斷隊是否為空

3.2 函數的實現

1.隊列的初始化

將頭尾置為空指針即可。

void QueueInti(Queue* pq)
{
    assert(pq); //防止pq為空指針
    pq->head = pq->tail = NULL;
}

2.隊列的銷毀

遍歷隊列元素，然后將每一個元素釋放。

void QueueDestory(Queue* pq)
{
    assert(pq); //防止pq為空指針
    QueueNode* cur = pq->head;
    while (cur)
    {
        QueueNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    pq->tail = pq->head = NULL;
}

3.入隊

對于入隊，我們首先需要去開辟一個新的節點來存儲數據，然后將這個節點加入到tail后即可。此時我們就要分別考慮。

1.如果為空隊列，那么我們不僅要改變tail，還要改變head的值

2.如果不為空隊列，只用改變tail即可。

void QueuePush(Queue* pq, QDateType x)
{
	assert(pq); //防止pq為空指針

	QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (NULL == newNode)
	{
		printf("malloc error\n");
		exit(-1);
	}
	newNode->val = x;
	newNode->next = NULL;//開辟一個新節點存儲數據

	if (pq->tail == NULL)//判斷是否為空隊列
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newNode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newNode;
		pq->tail = newNode;
	}
}

4.出隊

對于出隊，我們同樣需要考慮兩種情況

  • 隊列為空，改變head的同時改變tail
  • 隊列不為空，改變head即可。
void QueuePop(Queue* pq)
{
    assert(pq);//防止pq為空指針
    assert(pq->head && pq->tail); //防止隊列為空隊列
    if (pq->head->next == NULL)
    {
        free(pq->head);
        pq->head = pq->tail = NULL;
    }
    else
    {
        QueueNode* next = pq->head->next;
        free(pq->head);
        pq->head = next;
    }
}

5. 取出隊首元素

沒啥說的，直接訪問頭節點取出即可

QDateType QueueFront(Queue* pq)
{
    assert(pq);//防止pq為空指針
    assert(pq->head && pq->tail); //防止隊列為空隊列

    return pq->head->val;
}

6.判斷是否為空隊列

我們只需要判斷頭指針是否為NULL，如果是則為空

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

    return pq->head == NULL;
}

7. 求隊伍長度

創建一個變量，遍歷隊伍求長度。

int QueueSize(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    QueueNode* cur = pq->head;
    int count = 0;
    while (cur)
    {
        cur = cur->next;
        count++;
    }
    return count;
}

四.完整代碼

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

typedef int QDateType;

typedef struct QueueNode
{
	QDateType val;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef	struct Queue
{
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
}Queue;

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

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

void QueuePush(Queue* pq, QDateType x)
{
	assert(pq);

	QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (NULL == newNode)
	{
		printf("malloc error\n");
		exit(-1);
	}
	newNode->val = 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
	{
		QueueNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

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

	return pq->head == NULL;
}

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

	return pq->head->val;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* cur = pq->head;
	int count = 0;
	while (cur)
	{
		cur = cur->next;
		count++;
	}
	return count;
}

原文鏈接：https://blog.csdn.net/m0_60447315/article/details/123764859

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