数据结构：堆栈和队列]的详细实现 - 2. 队列

2.1 队列的概念及结构

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
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

2.2 队列的实现

队列也可以数组和链表的结构实现，使用单链表的结构实现更优一些。
因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，这时需要挪动数据，时间复杂度为O(n)，效率会比较低。
而单链表的尾插和头删的时间复杂度为O（1），十分合适。

2.3 队列的功能

• 初始化队列
• 销毁队列
• 入队列
• 出队列
• 获取队列头部元素
• 获取队列尾部元素
• 获取队列中有效元素的个数
• 判断队列是否为空，为空返回非0，不为空返回0

2.4 队列的功能的实现

（1）定义一个队列

typedef int QTDataType;

typedef struct QNode
{
	struct QNode* next;
	QTDataType data;
}QNode;

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

（2）初始化队列

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

（3）销毁队列

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

（4）入队列(相当于单链表的尾插）

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

	QNode* newnode = (QTDataType*)malloc(sizeof(QTDataType));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail!\n");
		return;
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//第一个结点
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	//多个节点
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

}

（5）出队列（相当于单链表的头删）

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	//只有一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		//保存下一个节点的地址
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

（6）获取队列头部元素

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

	return pq->head->data;
}

（7）获取队列尾部元素

QTDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->tail->data;
}

（8）获取队列中有效元素的个数

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

	return size;
}

（9）判断队列是否为空，为空返回非0，不为空返回0

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

	return pq->head == NULL;
}

2.5 完整代码

Queue.h

#pragma once

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

typedef int QTDataType;

typedef struct QNode
{
	struct QNode* next;
	QTDataType data;
}QNode;

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

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);

//销毁队列
void QueueDestory(Queue* pq);

//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QTDataType x);

//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);

//获取队列头部元素
QTDataType QueueFront(Queue* pq);

//获取队列尾部元素
QTDataType QueueBack(Queue* pq);

//判断队列是否为空，为空返回非0，不为空返回0
int QueueEmpty(Queue* pq);

//获取队列中有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq);

Queue.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 

#include "Queue.h"

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

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

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

	QNode* newnode = (QTDataType*)malloc(sizeof(QTDataType));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail!\n");
		return;
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//第一个结点
	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	//多个节点
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}

}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	//只有一个节点
	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		//保存下一个节点的地址
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

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

	return pq->head == NULL;
}

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

	return pq->head->data;
}

QTDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->tail->data;
}

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

	return size;
}

Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 

#include "Queue.h"

void QueueTest()
{
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	
	QueuePush(&st, 1);
	QueuePush(&st, 2);
	QueuePush(&st, 3);
	QueuePush(&st, 4);
	
    //打印队列内的数据，由于不能破坏队列的特性，所以不能遍历
	while (!QueueEmpty(&st))
	{
		printf("%d ", QueueFront(&st));
		QueuePop(&st);
	}

	QueueDestory(&q);

}


int main()
{
	QueueTest();

	return 0;
}