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C语言数据结构【队列】动态模拟实现

news 来源：原创 2025/9/20 15:49:35

引言

用动态方式模拟实现队列的各个接口

一、队列的结构与概念

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

队头队尾

二、队的模拟实现

队列底层结构选型

队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。

分三个文件来写：

test.c   //测试队列的各个接口是否正确
Queue.h  //实现队列需要的头文件
Queue.c  //队列各个接口的实现

1、定义队列的结构

在Queue.h中定义

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int QDataType;typedef struct QueueNode  //定义队列的结点
{QDataType data;          //结点里面的内容struct QueueNode* next;  //下一个结点的位置
}QueueNode;typedef struct Queue   //定义队列的结构
{  QueueNode* phead;  //指向队尾的指针QueueNode* ptail;  //指向队头的指针// int size;  也可以加一个记录链表元素个数的变量
}Queue;

2、初始化、入队

//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;//pq->size = 0;
}//入队——队尾
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;//入队,队列为空if (pq->phead == NULL){pq->phead = pq->ptail = newNode;}else{//队列非空pq->ptail->next = newNode;pq->ptail = pq->ptail->next;}//pq->size++
}

3、队列判空、出队列

//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->phead == NULL;
}//出队——队头
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));//只有一个结点，phead和ptail都设置为空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--;
}

4、取队头元素、取队尾元素

//取队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->phead->data;
}//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->ptail->data;
}

5、队列中元素个数、销毁队列

//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);//法一：遍历链表--适用于不会频繁调用队列有效数据个数的场景QueueNode* pcur = pq->phead;int size = 0;while (pcur){size++;pcur = pcur->next;}return size;//法二：遍历链表--适用于频繁调用队列有效数据个数的场景//return pq->size;  即在队列里面创建一个size变量用来记录个数，
}
//销毁队列
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
}

三、所以测试代码

1.在Queue.h中的代码

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int QDataType;typedef struct QueueNode  //定义队列的结点
{QDataType data;          //结点里面的内容struct QueueNode* next;  //下一个结点的位置
}QueueNode;typedef struct Queue   //定义队列的结构
{  QueueNode* phead;  //指向队尾的指针QueueNode* ptail;  //指向队头的指针// int size;  也可以加一个记录链表元素个数的变量
}Queue;//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);//入队——队尾
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);//出队——队头
void QueuePop(Queue* pq);
//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);//取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);

2.在Queue.c中的代码

#include"Queue.h"//初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = pq->ptail = NULL;//pq->size = 0;
}//入队——队尾
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;//入队,队列为空if (pq->phead == NULL){pq->phead = pq->ptail = newNode;}else{//队列非空pq->ptail->next = newNode;pq->ptail = pq->ptail->next;}//pq->size++
}//队列判空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->phead == NULL;
}//出队——队头
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));//只有一个结点，phead和ptail都设置为空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--;
}//取队头元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->phead->data;
}//取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(!QueueEmpty(pq));return pq->ptail->data;
}//队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);//法一：遍历链表--适用于不会频繁调用队列有效数据个数的场景QueueNode* pcur = pq->phead;int size = 0;while (pcur){size++;pcur = pcur->next;}return size;//法二：遍历链表--适用于频繁调用队列有效数据个数的场景//return pq->size;  即在队列里面创建一个size变量用来记录个数，
}
//销毁队列
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
}

3.在test.c中的代码

#include"Queue.h"int main()
{Queue qu;QueueInit(&qu);QueuePush(&qu, 1);QueuePush(&qu, 2);QueuePush(&qu, 3);QueuePop(&qu);int front = QueueFront(&qu);int rear = QueueBack(&qu);printf("%d\n", front);printf("%d\n", rear);printf("%d\n", QueueSize(&qu));QueueDestroy(&qu);return 0;
}

C语言数据结构【队列】动态模拟实现

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