【数据结构】C语言实现队列的相关操作

队列

队列是一种遵循先入先出规则的线性数据结构，是一种只允许在表的一端插入，在另一端删除的线性表

队尾 rear：插入端，线性表的表尾。

队头 front：删除端，线性表的表头

队列可以用数组或者链表实现

用数组实现队列时，由于队列采用头删尾插的操作方式，数组中队列的队头和队尾会不断的后移，如果到达数组末尾，那么队列就难以实现头删尾插的操作了，为了解决这种问题，采用循环队列的形式，让队头或队尾在越过数组尾部时，可以回到数组的头部然后继续操作，这种循环的形式可以通过取余操作来实现

用数组实现的队列又叫做“循环队列”

循环队列

表示

#define MAXSIZE 100
typedef struct Queue {
	int data[MAXSIZE];
	int front;
	int rear;
}Queue;

front：记录队头的位置

rear：记录队尾后第一个空间的位置

rear 记录的位置是由入队操作决定的

当 front == rear == 0 时，假设此时有一个元素 x 入队

则代码大致为

data[rear] == x

rear++

此时 rear 的位置就是队尾后第一个空间的位置

由于采用循环的操作形式，front 和 rear 更新都是通过取余的方式

front = (front + 1) % MAXSIZE

rear = (rear + 1) % MAXSIZE

当 front == rear 时，既有可能是队空，也有可能是队满，

为了区别这两种情况，要么少用一个存储空间，要么再设一个变量 size 来记录队列的大小

假设要求队列中能存储99个数据元素，则实际上需要100（MAXSIZE）个存储空间，数组的下标范围为0到99

队满情况表（少用一个存储空间）

front	rear	(rear + 1) % MAXSIZE
0	99	0
1	0	1
2	1	2
3	2	3
...
98	97	98
99	98	99

于是有

队空：front == rear

队满：(rear + 1) % MAXSIZE == front

初始化

void init(Queue* Q)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < MAXSIZE; i++)
	{
		Q->data[i] = 0;
	}
	Q->front = 0;
	Q->rear = 0;
}

或者在主函数中

	Queue Q = { {0},0,0 };

判断队空

int isEmpty(Queue* Q)
{
	if (Q->front == Q->rear)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

判断队满

int isFull(Queue* Q)
{
	if ((Q->rear + 1) % MAXSIZE == Q->front)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

入队

void in(Queue* Q, int x)
{
	if (isFull(Q) == 1)
	{
		return;
	}
	else
	{
		Q->data[Q->rear] = x;
		Q->rear = (Q->rear + 1) % MAXSIZE;
	}
}

出队

int out(Queue* Q)
{
	if (isEmpty(Q) == 1)
	{
		exit(0);
	}
	else
	{
		int x = Q->data[Q->front];
		Q->front = (Q->front + 1) % MAXSIZE;
		return x;
	}
}

求队列长度

int get_length(Queue* Q)
{
	int length = (Q->rear - Q->front + MAXSIZE) % MAXSIZE;
	return length;
}

清空

void clear(Queue* Q)
{
	Q->front = 0;
	Q->rear = 0;
}

链式队列

用链表表示的队列简称为链队列

链队列带头结点，有头指针和尾指针，头指针指向头结点（不是首元结点），尾指针指向最后一个结点

队头是首元结点，队尾是尾结点，

在单链表中，用链表的头指针来表示链表，在给结构体自定义名字时，除了一个 QNode 还有一个指针 LinkList，该指针就是头指针，由于用头指针表示链表，所以名字就叫 LinkList

在链队中，同样是用头指针来表示链队，但是除了一个头指针，链队中还有一个尾指针，为了方便操作，又定义了一个结构体来存放头指针和尾指针，在对该结构体自定义名字时，名字就叫 LinkQueue

目前我的理解是，其实链表就是一个指针，没什么花里胡哨的

表示

typedef struct QueueNode
{
	int data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

typedef struct QueuePtr
{
	QueueNode* front;
	QueueNode* rear;
}LinkQueue;

当 front == rear 时，表示链队为空

初始化

void init(LinkQueue* Q)
{
	Q->front = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (Q->front == NULL)
	{
		return;
	}
	Q->rear = Q->front;
	Q->front->next = NULL;
}

判断队空

int isEmpty(LinkQueue* Q)
{
	if (Q->front == Q->rear)
	{
		return 1;

	}
	else
	{
		return 0;
	}
}

入队

void in(LinkQueue* Q, int x)
{
	QueueNode* p = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (p == NULL)
	{
		return;
	}
	p->data = x;
	p->next = NULL;
	Q->rear->next = p;
	Q->rear = p;
}

出队

int out(LinkQueue* Q)
{
	if (isEmpty(Q) == 1)
	{
		exit(0);
	}
	QueueNode* p = Q->front->next;
	int x = p->data;
	if (Q->front->next == Q->rear)
	{
		Q->rear = Q->front;
	}
    Q->front->next = p->next;
	free(p);
	p = NULL;
	return x;
}

出队时，注意当链队中除头结点外只剩一个结点时的情况，此时需要改变尾指针的指向

求队长

int get_length(LinkQueue* Q)
{
	QueueNode* p = Q->front->next;
	int count = 0;
	while (p != NULL)
	{
		p = p->next;
		count++;
	}
	return count;
}

取队头

int get_front(LinkQueue* Q)
{
	if (isEmpty(Q) == 1)
	{
		exit(0);
	}
	int x = Q->front->next->data;
	return x;
}

清空

遵循队列头删尾插操作原则的清空

void clear(LinkQueue* Q)
{
	QueueNode* p = Q->front->next;
	while (p != NULL)
	{
		QueueNode* pFree = p;
		Q->front->next = p->next;

		free(pFree);
		pFree = NULL;
		
		p = Q->front->next;
	}
	Q->rear = Q->front;
}

遍历清空

void clear(LinkQueue* Q)
{
	QueueNode* p = Q->front->next;
	while (p != NULL)
	{
		QueueNode* pFree = p;
		p = p->next;
		free(pFree);
		pFree = NULL;
	}
    Q->front->next = NULL;
	Q->rear = Q->front;
}

销毁

void destroy(LinkQueue* Q)
{
	clear(Q);
	free(Q->front);
	Q->front = NULL;
	Q->rear = NULL;
}