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数据结构（6）——队列

news 来源：原创 2025/8/7 6:03:10

前言

本文介绍队列，以及实现的代码。

一、队列的概念及其结构

相对于栈来说，队列跟栈就是相反的。

队列只允许在一端插入数据，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出的特性。（First In First Out，FIFO），队列常用于实现缓冲区、任务调度等场景。

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。

下面是一个简单的图形，方便理解：

这里如果实现链表的话，使用一个单链表就可以，使用数组的话不方便。

二、实现

这里要实现的功能有：

void QueueInit(Queue* pq);//初始化
void QueueDestroy(Queue* pq);//删除销毁
void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x);//尾插入
void QueuePop(Queue* pq);//头删
void QueueSize(Queue* pq);//个数
bool QueueEmpty(Queue* pq);//检验是否为空
QDatatype QueueFront(Queue* pq);//队头数据
QDatatype QueueBack(Queue* pq);//队尾数据

2.1结构体定义

结构体定义，因为使用的是单链表，所以也就是定义一个单链表的结构体节点：

typedef int QDatatype;//数据类型typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* Next;//节点QDatatype data;//数据
}QNode;

因为队列的定义是先进先出，队尾进，队头出，所以我们要实现这个功能，需要链表的头和尾，这里为了传入参数的方便，用另一个结构体封装一下头尾指针，传参只需要传这个结构体就可以获取头尾指针了。

typedef struct Queue
{QNode* head;//头指针QNode* tail;//尾指针
}Queue;

2.2初始化

初始化只需要初始化这个结构体就可以，因为我们后期需要节点结构体往这里创建连接节点，从而实现head和tail的移动，方便后期的使用。

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

此时，pq这个实例头尾指针因为没有指向，所以初始化给NULL（当然也避免野指针的问题），然后里面的节点数量给0，这样就实现了一个带头尾指针单链表的初始化。

2.3销毁链表

销毁链表，需要把链表中每一个节点都销毁掉，否则出现了内存泄漏。

void QueueDestroy(Queue* pq)//删除销毁
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}

首先可以检查一下链表中是否有数据，这里通过一个遍历，把链表中的每一个节点free掉，最后回到初始化状态。当循环结束，也就是把里面的节点全部free了。

2.4尾插入（入队）

尾插就是链表的尾插，只不过这里加入了头尾指针的问题。

依旧是首先要malloc一个空间用来存放节点，检验一下节点是否创建成功，如果没成功就输出错误信息并结束，如果成功了，就把x传入data。

void QueuePush(Queue* pq, QDatatype x)//尾插入
{QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;//newnode->next=NULL;if (pq->head == NULL){assert(pq->tail == NULL);pq->head = pq->tail = newnode;}else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}pq->tail->next = NULL;pq->size++;
}

然后判断head和tail是否都为null，如果都为null，就代表里面没有节点，就直接把newnode赋给tail和head就可以，接下来，如果里面有节点了，就把新newnode赋给tail（尾节点）的下一个，然后更新tail的指针，最后把tail的下一个赋为空，防止内存泄漏（避免next为野指针），这里需要留意，然后把size++，更新一下里面数据节点的数量。

2.5头删（出队）

这里了进行分开判断，首先对节点和实例进行了检验，然后通过判断是否是一个节点还是多个节点进行分开判断，如果多个节点就按照else里的处理，如果只有一个节点就可以直接删除此节点，最后size--，把数量更新一下。

void QueuePop(Queue* pq)//头删
{assert(pq);assert(pq->head!=NULL);if (pq->head == pq->tail){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QNode* cur = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = cur;}pq->size--;
}

2.6个数

这里之前定义的size就有用了，我们可以直接返回size就可以了。

void QueueSize(Queue* pq)//个数
{assert(pq);printf("个数：%d\n", pq->size);
}

2.7检验是否为空

检验是否为空也就是检验size是否为0。

bool QueueEmpty(Queue* pq)//检验是否为空
{assert(pq);return pq->size == 0;
}

2.8取队头数据

QDatatype QueueFront(Queue* pq)//队头数据
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->head->data;
}

2.9取队尾数据

QDatatype QueueBack(Queue* pq)//队尾数据
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->tail->data;
}

三、检验

我们可以通过一个test.c文件来验证一下刚才写的函数，也可以帮助理解。

#include"Queue.h"
int main()
{Queue st;QueueInit(&st);QueuePush(&st, 1);QueuePush(&st, 2);QueuePush(&st, 3);QueuePush(&st, 4);QueuePush(&st, 5);QueueSize(&st);QueuePop(&st);QueuePop(&st);QueueSize(&st);//打印输出while(!QueueEmpty(&st)){printf("%d ", QueueFront(&st));QueuePop(&st);}printf("\n");QueueDestroy(&st);//销毁return 0;
}

道爷我成了！

当然这里只是基本的东西，有很多地方可以改善和添加功能，这里只对简单的队列进行原理的学习。

总结

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，常用于实现缓冲区、任务调度等场景。队列的基本操作包括初始化、销毁、入队、出队、获取队列大小、检验队列是否为空以及获取队头和队尾元素。

队列的实现可以通过链表或数组来完成，本文介绍了使用单链表实现队列的基本操作。在实现过程中，需要定义队列节点结构体以及队列结构体，同时实现各种操作函数来对队列进行操作。

通过编写测试代码，可以验证队列的各项功能是否正常运行，帮助加深对队列数据结构的理解。

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