大话数据结构系列之链队列结构（十二）

定义

队列的链式存储结构，其实就是线性表的单链表，只不过它只能尾进头出而异，我们把它简称为链队列

链队列 VS 循环队列

时间角度
它们的基本操作都是常数时间，为 O[1] ，不过循环队列是事先申请好空间，使用期间不释放
对于链队列，每次申请和释放节点也会存在一点儿时间开销

空间角度
循环队列必须有一个固定的长度，所以有了存储元素个数和空间浪费的问题。而链队列更加灵活。

汇总
在可以确定队列长度最大值得情况下，建议使用循环队列，否则使用链队列。

链队列代码实现（ C 、Java ）

C 语言

#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"    
#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status; 

typedef int QElemType; /* QElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

typedef struct QNode    /* 结点结构 */
{
   QElemType data;
   struct QNode *next;
}QNode,*QueuePtr;

typedef struct          /* 队列的链表结构 */
{
   QueuePtr front,rear; /* 队头、队尾指针 */
}LinkQueue;

Status visit(QElemType c)
{
    printf("%d ",c);
    return OK;
}

/* 构造一个空队列Q */
Status InitQueue(LinkQueue *Q)
{ 
    Q->front=Q->rear=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
    if(!Q->front)
        exit(OVERFLOW);
    Q->front->next=NULL;
    return OK;
}

/* 销毁队列Q */
Status DestroyQueue(LinkQueue *Q)
{
    while(Q->front)
    {
         Q->rear=Q->front->next;
         free(Q->front);
         Q->front=Q->rear;
    }
    return OK;
}

/* 将Q清为空队列 */
Status ClearQueue(LinkQueue *Q)
{
    QueuePtr p,q;
    Q->rear=Q->front;
    p=Q->front->next;
    Q->front->next=NULL;
    while(p)
    {
         q=p;
         p=p->next;
         free(q);
    }
    return OK;
}

/* 若Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(LinkQueue Q)
{ 
    if(Q.front==Q.rear)
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}

/* 求队列的长度 */
int QueueLength(LinkQueue Q)
{ 
    int i=0;
    QueuePtr p;
    p=Q.front;
    while(Q.rear!=p)
    {
         i++;
         p=p->next;
    }
    return i;
}

/* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
Status GetHead(LinkQueue Q,QElemType *e)
{ 
    QueuePtr p;
    if(Q.front==Q.rear)
        return ERROR;
    p=Q.front->next;
    *e=p->data;
    return OK;
}


/* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */
Status EnQueue(LinkQueue *Q,QElemType e)
{ 
    QueuePtr s=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
    if(!s) /* 存储分配失败 */
        exit(OVERFLOW);
    s->data=e;
    s->next=NULL;
    Q->rear->next=s;    /* 把拥有元素e的新结点s赋值给原队尾结点的后继，见图中① */
    Q->rear=s;      /* 把当前的s设置为队尾结点，rear指向s，见图中② */
    return OK;
}

/* 若队列不空,删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK,否则返回ERROR */
Status DeQueue(LinkQueue *Q,QElemType *e)
{
    QueuePtr p;
    if(Q->front==Q->rear)
        return ERROR;
    p=Q->front->next;       /* 将欲删除的队头结点暂存给p，见图中① */
    *e=p->data;             /* 将欲删除的队头结点的值赋值给e */
    Q->front->next=p->next;/* 将原队头结点的后继p->next赋值给头结点后继，见图中② */
    if(Q->rear==p)      /* 若队头就是队尾，则删除后将rear指向头结点，见图中③ */
        Q->rear=Q->front;
    free(p);
    return OK;
}

/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
Status QueueTraverse(LinkQueue Q)
{
    QueuePtr p;
    p=Q.front->next;
    while(p)
    {
         visit(p->data);
         p=p->next;
    }
    printf("\n");
    return OK;
}

int main()
{
    int i;
    QElemType d;
    LinkQueue q;
    i=InitQueue(&q);
    if(i)
        printf("成功地构造了一个空队列!\n");
    printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));
    printf("队列的长度为%d\n",QueueLength(q));
    EnQueue(&q,-5);
    EnQueue(&q,5);
    EnQueue(&q,10);
    printf("插入3个元素(-5,5,10)后,队列的长度为%d\n",QueueLength(q));
    printf("是否空队列？%d(1:空 0:否)  ",QueueEmpty(q));
    printf("队列的元素依次为：");
    QueueTraverse(q);
    i=GetHead(q,&d);
    if(i==OK)
     printf("队头元素是：%d\n",d);
    DeQueue(&q,&d);
    printf("删除了队头元素%d\n",d);
    i=GetHead(q,&d);
    if(i==OK)
        printf("新的队头元素是：%d\n",d);
    ClearQueue(&q);
    printf("清空队列后,q.front=%u q.rear=%u q.front->next=%u\n",q.front,q.rear,q.front->next);
    DestroyQueue(&q);
    printf("销毁队列后,q.front=%u q.rear=%u\n",q.front, q.rear);
    
    return 0;
}

Java 语言

package com.example.stack;

/* 链队列结构 
 * 备注：头结点front.data不存储元素
 * */
public class LinkQueue<T> {

    
    @SuppressWarnings("hiding")
    class Node<T> {
    
        protected Node<T> next;
        
        protected T data;
        
        public Node(T data){
            this.data = data;
        }
    }
    
    /* 队头、队尾指针 */
    public Node<T> front;
    
    /*链栈长度 */
    public Node<T> rear;
    
    /* 构造一个空队列Q */
    int initQueue(){
        this.front = new Node<T>(null);
        this.rear = new Node<T>(null);
        return 1;
    }
    
    /*
     * 销毁队列 VS 清空队列 ? 
     * 销毁队列：队列的结构都不存在了
     * 清空队列：有效结点清除了，但队头队尾还在，队列结构还在
     * 在 Java 无法做到清除结构亦或者构建的元素，顾两方法都一致
     * 备注；也许以后的 Java 可以做到，或没有必要
     */
    
    /* 销毁队列Q */
    int destroyQueue(){
        Node<T> tempNode = this.front.next;
        while(tempNode.data != null){
            tempNode.data = null;
            tempNode = tempNode.next;
            this.front.next = tempNode;
        }
        return 1;
    }
    
    /* 将Q清空队列 */
    int clearQueue(){
        Node<T> tempNode = this.front.next;
        while(tempNode.data != null){
            tempNode.data = null;
            tempNode = tempNode.next;
            this.front.next = tempNode;
        }
        return 1;
    }
    
    /* 若Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
    boolean queueEmpty(){
        if(this.front.data == null && this.rear.data == null)
            return true;
        else
            return false;
    }
    
    
    /* 求队列的长度 
     * 遗留：Java 中New的两个新的引用对象 a 和 b，在进行 = 号表达时，无法判断它们彼此的地址是否相等？
     * 如本题中的 front 与 rear，无法与 C 语言中的一致，进行指针的比较
     * */
    int queueLength(){
        int i = 0;
        if(this.front.data == null && this.rear.data == null)
            return i;
        else{
            i = 0;
            this.front = this.front.next;
            while(this.front.data != null){
                i++;
                this.front = this.front.next;
            }
        }
        return i;
    }
    
    /* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
    T getHead(){
        if(this.front.data == null && this.rear.data == null)
            throw new NullPointerException("为空队列！");
        return this.front.next.data;
    }
    
    /* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */
    int enQueue(T elem){
        Node<T> tempNode = new Node<T>(elem);
        if(this.queueLength() == 0){
            this.rear=tempNode;
            this.rear.next = this.front;
            this.front.next = this.rear;
        }else{
            this.rear.next = tempNode;
            this.rear = tempNode;
            this.rear.next = this.front;
        }
        return 1;
    }
    
    /* 若队列不空,删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK,否则返回ERROR */
    T deQueue(){
        if(this.front.data == null && this.rear.data == null)
            throw new NullPointerException("为空队列！");
        T elem = this.front.next.data;
        //待删除元素赋予空值
        this.front.next.data =null;
        this.front.next = this.front.next.next;
        return elem;
    }
    
    /* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
    void queueTraverse(){
        Node<T> tempNode = this.front.next;
        while(tempNode.data != null){
            System.out.println(tempNode.data);
            tempNode = tempNode.next;
        }
    }
     
     public static void main(String[] args){
        LinkQueue<Integer> q = new LinkQueue<Integer>();
        q.initQueue();
        System.out.println("是否空队列？%d(1:空 0:否)  "+q.queueEmpty());
        System.out.println("队列的长度为%d\n"+q.queueLength());
        q.enQueue(-5);
        q.enQueue(5);
        q.enQueue(10);
        System.out.println("插入3个元素(-5,5,10)后,队列的长度为%d\n"+q.queueLength());
        System.out.println("是否空队列？%d(1:空 0:否)  "+q.queueEmpty());
        System.out.println("队列的元素依次为：");
        q.queueTraverse();
        System.out.println("队头元素是：%d\n"+q.getHead());
        System.out.println("删除了队头元素%d\n"+q.deQueue());
        System.out.println("新的队头元素是：%d\n"+q.getHead());
        q.clearQueue();
        System.out.println("清空队列后,q.front="+q.front.data+" q.rear="+q.rear.data+" q.front->next="+q.front.next.data);
        //q.destroyQueue();
        //System.out.println("销毁队列后,q.front=%u q.rear=%u\n"+q.front.data+"==========="+q.rear.data);
     }
}