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数据结构入门 — 队列

本文关键字：队列、队列概念及结构、队列实现

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一、队列的概念及结构

1. 队列的概念

队列是一种数据结构，它遵循先进先出（First-in, First-out）原则。队列可以看作是一条排队等待服务的线程，其中最先加入队列的元素最先被处理，而最后加入队列的元素最后被处理。

队列有两个端点：队头和队尾。元素从队尾进入队列，从队头出队。队列的基本操作包括入队（enqueue）和出队（dequeue），以及获取队头和队尾元素的操作。队列在计算机科学中有广泛的应用，例如任务调度、缓存管理、路由算法等。

2. 队列的结构

队列的结构组成通常包括以下几个要素：

结构	作用
队列元素	队列中可存放的元素，可为任何数据类型
队列大小	队列可存放元素的最大数量，即队列的容量
队头指针	指向队头元素的指针，表示可以取出的元素
队尾指针	指向队尾元素的指针，表示可以插入的元素
入队操作	将元素插入队尾的操作
出队操作	将队头元素取出的操作
队列空判断	判断队列是否为空的操作
队列满判断	判断队列是否已满的操作（对于固定大小的队列）

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二、队列的实现

1. 队列结构组成

队列结构由链表组成，使用头尾两个指针，用size记录队列里元素个数

typedef int QueDatatype;
typedef struct QueList
{struct QueList* next;QueDatatype data;}QNode;typedef struct QueHeadTail
{QNode* head;QNode* tail;int size;
}QHT;

2. 初始化队列

初始化将头尾两个指针置空，将size置为0

void QueInit(QHT* pc)
{assert(pc);pc->head = pc->tail = NULL;pc->size = 0;
}

3. 队尾入队列

入队，用malloc开辟一个新的空间，分为两种情况当尾指针为空的时候和尾指针不为空时，详细见代码

void QuePush(QHT* pc, QueDatatype x)
{assert(pc);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pc->tail == NULL){pc->head = pc->tail = newnode;}else{pc->tail->next = newnode;pc->tail = newnode;}pc->size++;
}

4. 队头出队列

当头指针的下一个为空时要释放头指针指向的空间，并将头尾指针置为0

void QuePop(QHT* pc)
{assert(pc);assert(!QueEmpty(pc));if (pc->head->next == NULL){free(pc->head);pc->head = pc->tail == NULL;}else{QNode* next = pc->head->next;free(pc->head);pc->head = next;}pc->size--;
}

5. 获取队列头部元素

返回头指针所指向的元素

QueDatatype QueFront(QHT* pc)
{assert(pc);return pc->head->data;
}

6. 获取队列队尾元素

返回尾指针所指向的元素

QueDatatype QueLast(QHT* pc)
{assert(pc);return pc->tail->data;
}

7. 获取队列中有效元素个数

返回size的个数，即有效元素个数

int QueSize(QHT* pc)
{assert(pc);return pc->size;}

8. 检测队列是否为空

当头指针为空时，队列则为空

bool QueEmpty(QHT* pc)
{assert(pc);return pc->head == NULL;
}

9. 销毁队列

先保存下一个数据地址，并释放当前位置的内存空间，并将头尾指针置为空，size置为0

void QueDestroy(QHT* pc)
{assert(pc);QNode* cur = pc->head;while (cur){QNode* delnext = cur->next;free(cur);cur = delnext;}pc->head = pc->tail = NULL;pc->size = 0;
}

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