数据结构之队列(C语言实现)

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定义

实现

定义结构

定义操作创建队列

访问队首元素

出队

入队


定义

在栈中提到,队列是操作受限制的特殊的线性表。
在队列的一端只能插入元素,这一端叫做队尾。
在队列的另一端只能删除元素,这一端叫做队首。

举个栗子,在食堂排队打饭,跑的快的同学排在队列的前面,最先打到饭菜。后续到的同学只能依次排列在队尾。买到饭菜的同学离开队列叫做出队,进入队列等候叫做入队。食堂阿姨给队列中第一个同学打饭叫做访问队首元素。

总结:队列有先进先出的特性,FIFO(First In First Out)。每次只能在线性表的两端操作元素。

实现

考虑到每次出队和入队都要移动队首和队尾指针。若采用顺序存储,将会有可能造成顺序表前段部分存储单元的浪费。虽说可以采用循环队列的方式复用存储单元,若遇到队列满的情况,将队列扩容比较麻烦。因此建议用链表的方式实现队列。

定义结构

typedef int QueueType;

struct LinkQueue{
    QueueType key;
    struct LinkQueue *next;
};

typedef struct queueNode{
    struct LinkQueue *head;//队列的头指针
    struct LinkQueue *end;//队列的尾指针
}Queue;


这里定义了连个结构体,链表和队列。队列中只保存两个指针——队首、队尾。后面的入队、出队的操作,只需要操作这两个指针就好。

定义操作
创建队列

/**
 * 创建队列
 */
Queue createQueue() {
    Queue queue;
    queue.head = 0;
    queue.end = 0;
    return queue;
}

采用静态方式分配队列存储单元。初始化队首和队尾指针。

判断队列是否为空

/**
 * 判断队列是否是空
 */
int isEmpty(Queue queue) {
    if (queue.head == 0)
        return 0;
    else
        return 1;
}

队首指针指向空结点,表示队列为空。

访问队首元素

/**
 * 获取队列第一个元素
 */
int getFirst(Queue queue, QueueType& elem) {
    if (queue.head == 0)
        return 0;
    elem = queue.head->key;
    return 1;
}

队首指针可作为链表的头结点。通过头结点访问链表的第一个结点。

出队

/**
 * 退出队列
 */
int exitQueue(Queue& queue, QueueType& val) {
    if (isEmpty(queue) == 0) //空队列
        return 0;
    struct LinkQueue* node = queue.head;
    queue.head = node->next;
    node->next = 0;
    val = node->key;
    free(node);
    if (queue.head == 0)
        queue.end = 0;
    return 1;
}

通过队首指针,删除队列第一个结点。如果删除后队列为空,将队尾指针置空,否则队尾指针仍然指向最后一个元素。队列为空,删除失败,返回0 。删除成功返回1。

入队

/**
 * 进入队列
 */
int enterQueue(Queue& queue, QueueType key) {
    struct LinkQueue* node = (struct LinkQueue*) malloc(
            sizeof(struct LinkQueue));
    if (node == NULL)
        return 0;
    node->key = key;
    node->next = 0;
    if (queue.end == 0) {
        queue.end = node;
    } else {//修改队尾指针
        queue.end->next = node;
        queue.end = node;
    }
    if (queue.head == 0) {
        queue.head = node;
    }
    return 1;
}

队列为空时,队首和队尾指针指向同一个结点就好。队列不为空时,修改队尾指针指向新插入的结点。入队成功返回1,入队失败返回0。

最后附上头文件的定义

/*
 * queue.h
 *
 *  Created on: 2016年9月30日
 *      Author: flueky
 */

#ifndef QUEUE_H_
#define QUEUE_H_

typedef int QueueType;

struct LinkQueue {
    QueueType key;
    struct LinkQueue *next;
};

typedef struct queueNode {
    struct LinkQueue *head; //队列的头指针
    struct LinkQueue *end; //队列的尾指针
} Queue;

/**
 * 创建队列
 */
Queue createQueue();

/**
 * 判断队列是否是空
 */
int isEmpty(Queue);

/**
 * 获取队列第一个元素
 */
int getFirst(Queue, QueueType&);

/**
 * 进入队列
 */
int enterQueue(Queue&, QueueType);
/**
 * 退出队列
 */
int exitQueue(Queue&, QueueType&);

/**
 * 清空队列
 */
void clearQueue(Queue);

#endif /* QUEUE_H_ */
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