一、队列的概念与结构

概念：概念：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。

实现队列的底层结构一般使用链表，但是数组和链表的结构都可以实现，选用链表的是因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上的数据，效率会比较低。

二、队列的常见接口

1、创建队列数据结构

//定义队列节点的结构
typedef struct QueueNode {
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

//定义队列的数据结构
typedef struct Queue {
	QueueNode* phead;   //队头
	QueueNode* ptail;   //队尾
	int size;
}Queue;

这里我们要用两个结构体，首先创建一个链表的结构体，因为我们底层是用链表来实现的，第二个是创建一个队列的结构体

2、队列的初始化

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

3、队列的销毁

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

这里创建一个指向头节点的指针pcur，然后遍历队列。

4、插入数据

//插入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	//如果队列为空，队头队尾都是newnode
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else {
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
	++pq->size;
}

创建一个新的结点将数据插入，判断队列是不是空，是空就把新创建的结点作为队头。

5、判断队列是否为空

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL;
}

6、队列中的有效数据个数

//有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	return pq->size;
}

我们会发现上述代码很简单，其实是因为我们在创建队列这个结构体的时候加了一个int->size，当插入数据的时候我们就++，删除数据的时候就–。如果前面创建队列的数据结构的时候没有加这个，我们要求队列里面的有效数据个数的代码如下：

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

	int count = 0;
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		count++;
		pcur = pcur->next;
	}
	return count;
}

是不是很复杂呀！而且时间复杂度也很大哦！

7、删除队列数据

//删除队列数据
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//只有一个节点的情况
	if (pq->phead == pq->ptail)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else {
		QueueNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	--pq->size;
}

这里要注意的是只有一个节点的情况，其他就没什么了。

8、取队头

//取队头
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}

9、取队尾

//取队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}

三、队列代码总览

Queue.h

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

typedef int QDataType;

//定义队列节点的结构
typedef struct QueueNode {
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

//定义队列的数据结构
typedef struct Queue {
	QueueNode* phead;   //队头
	QueueNode* ptail; 
	int size;//队尾
}Queue;

//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//队列销毁
void QueueDestroy(Queue* pq);
//判断对列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

//向队列中插入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//删除队列中的数据
void QueuePop(Queue* pq);
//取队头
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq);

Queue.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Queue.h"

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		QueueNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//插入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//如果队列为空，队头队尾都是newnode
	if (pq->phead == NULL)
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else {
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
	++pq->size;
}

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->phead == NULL;
}

//有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	/*assert(pq);

	int count = 0;
	QueueNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)
	{
		count++;
		pcur = pcur->next;
	}
	return count;*/
	return pq->size;
}

//删除队列数据
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//只有一个节点的情况
	if (pq->phead == pq->ptail)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else {
		QueueNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	--pq->size;
}

//取队头
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}

//取队尾
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}

test.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Queue.h"

void test()
{
	Queue q;
	//ʼ
	QueueInit(&q);

	//
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
}

int main()
{
	test();

	return 0;
}