C语言中队列的结构和函数接口的使用示例

一、队列的结构

队列：一种操作受限的线性表，只允许在线性表的一端进行插入，另一端进行删除，插入的一端称为队尾，删除的一端称为队头

通过 动态顺序表 的实现，可以发现在数组的头部进行插入删除操作时，需要移动数据，效率较低，因此不采用数组来实现队列

但通过 单链表 的实现，可以发现在对单链表进行头插时效率很高，而进行尾插时，需要找尾数据，较为麻烦，但是可以通过增加一个尾指针的方式来提升效率，因此用单链表的头尾指针来实现队列，结构如下：

//队列的元素类型
typedef int QueueDataType;
//队列的结点结构
typedef struct QueueNode
{
QueueDataType data;
struct QueueNode* next;
}QNode;
//队列结构，需要包含指向链表的头指针和尾指针
//为了求队列数据个数时，时间复杂度为 O(1)，这里增加一个 size 变量
typedef struct Queue
{
QNode* head;
QNode* tail;
int size;
}Queue;

二、队列的函数接口

1. 初始化和销毁

初始化函数如下：

void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}

链表的结点都是动态开辟的，不用队列时，应当销毁

销毁函数如下：

void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
//从头结点开始销毁
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
//保存下一个结点
QNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}

2. 入队和出队

入队：在队尾插入元素

入队函数如下：

void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{
assert(pq);
//创建新结点
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
//没有结点时，插入元素，需要改变队列的头尾指针
//有结点时，直接链接在尾结点之后，tail 变成新的尾
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
//插入元素后，数据个数需要自增
pq->size++;
}

出队：删除队头元素

出队函数如下：

void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
//没有元素时，不能删除，这里直接调用判空函数
assert(!QueueEmpty(pq));
//如果只有一个结点时，需要改变队列的头尾指针
if (pq->head->next == NULL)
{
free(pq->head);
pq->head = pq->tail = NULL;
}
else
{
QNode* next = pq->head->next;
free(pq->head);
pq->head = next;
}
//删除元素后，数据个数需要自减
pq->size--;
}

3. 访问队头和队尾元素

访问队头元素函数如下：

QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
//没有元素时，不能取队头元素，这里直接调用判空函数
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}

访问队尾元素函数如下：

QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
//没有元素时，不能取队尾元素，这里直接调用判空函数
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}

4. 判空和元素个数

判空函数如下：

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size == 0;
}

元素个数函数如下：

size_t QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}

来源：https://blog.csdn.net/qq_70793373/article/details/128494299