【数据结构】链式队列解析（C语言版）

数据结构——链队列解析过程和简单代码实现：
  • 一、简单概念：
    • 动图展示：
      • (1)入队：
      • (2)出队：
  • 二、顺序队列：
    • 思路
    • 步奏：
      • （1）入队操作：
      • （2）出队操作：
    • 简单实现代码：
  • 三、链式队列
    • （1）声明
    • （2）入队操作：
    • （3）出队操作：
    • （4）检查队列是否为空：
    • 全部代码：

一、简单概念：

队列，又称为伫列（queue），是先进先出（FIFO,First-In-First-Out）的线性表。在具体应用中通常用链表或者数组来实现。队列只允许在后端（称为rear）进行插入操作，在前端（称为front）进行删除操作

队列的操作方式和堆栈类似，唯一的区别在于队列只允许新数据在后端进行添加

与栈（stack）不同的是，队列是FIFO（First In First Out，先进先出），进入队列的一端叫尾部（rear），出队列的一端叫头部（front）。队列的主要操作也有两个：入队（offer）、出队（poll）

动图展示：

(1)入队：

在这里插入图片描述

从图中可以看到，A、B、C三个元素都是从队尾（rear）进入，就像现实生活中的排队，先来的就排在前面

(2)出队：

在这里插入图片描述

从图中可以看出，出队的顺序是A->B->C，也就是入队的顺序，即说明了队列是遵循FIFO的。队列的引用也十分广泛，锁的实现、生产者-消费者模型等都离不开队列

队列也有两种实现方式：顺序队列、链式队列

二、顺序队列：

思路

在顺序队列中，通常让队尾指针rear指向刚进队的元素的位置，让队首指针 front 指向刚出队的元素的位置。因此，元素进队的时候rear指针要向后移动，元素出队的时候front指针也要向后移动。这样经过一系列的操作后，两个指针最终会到达数组的末端处，虽然队中已没有了元素，但是仍然无法插入元素，这就是所谓的“假溢出”。

为了解决假溢出的问题，可以将数组弄成一个环状，让 rear 和 front 指针沿着环走，这样就不会出现无法继续走下去的情况，这样就产生了循环队列，如下图所示 :

  • 队空状态 ：qu.rear == qu.front

  • 队满状态 ： (qu.rear + 1) % Maxsize == qu.front

  • 元素的进队操作 ：qu.rear = (qu.rear + 1) % Maxsize ; qu.data[qu.rear] = x ;

  • 元素的出队操作 ：qu.front = (qu.front + 1) % Maxsize ; x = qu.data[qu.front] ;

本次思路中 元素入队时先移动指针，后存入元素；元素出队时也是先移动指针，后元素出队

步奏：

（1）入队操作：
int inQueue(Squeue &qu,int x)
{//判断队列是否已满，若满则无法入队if((qu.rear + 1) % Maxsize == qu.front){return 0;}//队列没有满，则先移动指针，在插入元素qu.rear = (qu.rear + 1) % Maxsize;qu.data[qu.rear] = x;return 1; 
}
（2）出队操作：
int deQueue(Squeue &qu,int &x)
{//若队列已空，则无法取出元素if(qu.front == qu.rear){return 0;}//否则先移动指针，再将元素取出qu.front = (qu.front + 1) % Maxsize;x = qu.data[qu.front];return 1;
}

简单实现代码：

//顺序队列
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define Maxsize 20//定义队列的结构体 
typedef struct Squeue{int data[Maxsize];int front;int rear;
}Squeue; //初始化队列 
void InitQueue(Squeue &qu)
{qu.front = qu.rear = 0;
}//判断队列是否为空 
int isQueueEmpty(Squeue qu)
{if(qu.front == qu.rear){return 1;}else{return 0;}
}//元素入队操作 
int inQueue(Squeue &qu,int x)
{//若队满则无法入队 if((qu.rear + 1) % Maxsize == qu.front){return 0;}qu.rear = (qu.rear + 1) % Maxsize;qu.data[qu.rear] = x;return 1; 
}//元素出队操作 
int deQueue(Squeue &qu,int &x)
{//若队空则无法出队 if(qu.front == qu.rear){return 0;}qu.front = (qu.front + 1) % Maxsize;x = qu.data[qu.front];return 1;
}int main()
{Squeue q;int i , n , x , a;InitQueue(q);scanf("%d",&n);for(i = 0;i < n;i++){scanf("%d",&a);inQueue(q,a);}//当队列非空时，输出队列中所有数据 while(!isQueueEmpty(q)){deQueue(q,x);printf("%d ",x);}return 0;
}

三、链式队列

以 模拟患者在医院等待就诊的情况为例子 实现链式队列：

  • 患者到达诊室，将病历交给护士，排到等待队列中候诊
  • 护士从等待队列中取出下一位患者的病历，该患者进入诊室就诊
  • 功能如下：

1）排队： 输入排队患者的病历号（随机产生），加入到就诊患者排队队列中
2）就诊： 患者队列中最前面的病人就诊，并将其从队列中删除
3）查看： 从队首到队尾列出所有排队患者的病历号
4）下班： 退出运行

（1）声明

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int ElementType;typedef struct Node{ElementType data;		//	存放数据 struct Node *next;		//	链表指针 }Node;typedef struct SeqQueue{Node *head;				//	队列头部 Node *wei; 				//	队列尾巴 ElementType size;		//	计算队列长度 
}Seq; typedef struct SeqQueue* Queue;		//	代表队列这个结构体指针

（2）入队操作：

//	创建链表，存放数据
Node *Create_Link(ElementType data)
{Node * new = (Node *)malloc(sizeof(Node));	//	开辟空间存数据 if(new == NULL){printf("开辟空间失败\n");}new ->data = data;			//	存放队列数据new ->next = NULL;			//	让尾巴指向NULLreturn new;					//	返回节点指针
}//	判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue q) {if (q->head == NULL)return true;		//		队列为空return false;
}//	入队 
Queue * Push(Queue sum,ElementType data)	
{Node *LinkHead = Create_Link(data);		//	接收链表空间节点指针Queue p = sum;if(QueueEmpty(p) == true){p->head = p->wei= LinkHead;		//		第一次赋值会进入 return p;			//	返回值指向队列的头指针}else{p->wei->next = LinkHead;		//		让队尾next指针指向这个空间 p->wei = LinkHead;				//		队尾指针存入这个空间 }p->size++;				//		计算队伍长度 
}

（3）出队操作：

//	出队 
ElementType Pop(Queue q)
{ElementType count;		//	取队列数据 Node *Link;				if(QueueEmpty(q) == true){printf("数据已经从队列出完\n");q->wei = NULL;return -1;}Link = q->head;			//	让队列头给链表指针 count = Link->data;		//	链表头指针取出数据 q->head = Link->next;	//	让队列头指针移到链表头指针下一个节点位置，并指向它 free(Link);				//	释放已经出队的链表节点 return count;			//	返回取出的数据 
}

（4）检查队列是否为空：

//	判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue q) {if (q->head == NULL)return true;		//		队列为空return false;
}

全部代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>typedef int ElementType;typedef struct Node{ElementType data;		//	存放数据 struct Node *next;		//	链表指针 }Node;typedef struct SeqQueue{Node *head;				//	队列头部 Node *wei; 				//	队列尾巴 ElementType size;		//	计算队列长度 
}Seq; typedef struct SeqQueue* Queue;//	初始化队列 
void Init_SeqQueue(Queue q)
{q->head = NULL;q->wei  = NULL;q->size = 0;	
}//	创建链表，存放数据
Node *Create_Link(ElementType data)
{Node * new = (Node *)malloc(sizeof(Node));	//	开辟空间存数据 if(new == NULL){printf("开辟空间失败\n");}new ->data = data;			//	存放队列数据new ->next = NULL;			//	让尾巴指向NULLreturn new;					//	返回节点指针
}//	判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue q) {if (q->head == NULL)return true;		//		队列为空return false;
}//	入队 
Queue Push(Queue sum,ElementType data)	
{Node *LinkHead = Create_Link(data);		//	接收链表空间节点指针Queue p = sum;if(QueueEmpty(p) == true){p->head = p->wei= LinkHead;		//		第一次赋值会进入 return p;			//	返回值指向队列的头指针}else{p->wei->next = LinkHead;		//		让队尾next指针指向这个空间 p->wei = LinkHead;				//		队尾指针存入这个空间 }p->size++;				//		计算队伍长度 
}//	出队 
ElementType Pop(Queue q)
{ElementType count;		//	取队列数据 Node *Link;				if(QueueEmpty(q) == true){printf("数据已经从队列出完\n");q->wei = NULL;return -1;}Link = q->head;			//	让队列头给链表指针 count = Link->data;		//	链表头指针取出数据 q->head = Link->next;	//	让队列头指针移到链表头指针下一个节点位置，并指向它 free(Link);				//	释放已经出队的链表节点 return count;			//	返回取出的数据 
}//	初始化菜单 
void Init_Memu()
{printf("***********************************\n");printf("*          1.入队                 *\n");printf("*          2.出队                 *\n");printf("*          3.取队头元素           *\n");printf("*          4.查看队列是否为空     *\n");printf("*          5.插入队列(排队)       *\n");printf("*          6.就诊                 *\n");printf("*          7.查看                 *\n");printf("*          8.下班                 *\n");printf("***********************************\n");}//功能选择函数 
ElementType Choose_GN()
{int flag;scanf("%d",&flag);return flag;
}//	主函数 
int main()
{Seq S_Queue;			//	创建队列结构体对象 Init_SeqQueue(&S_Queue);	//	初始化队列 Queue q = NULL;			 int temp;int num=0;while(1){Init_Memu();printf("请选择你的需求:\n"); temp =  Choose_GN();Node* p = NULL;switch(temp){//	入队 case 1:{ElementType num;while(1){printf("请输入你要进队列的数据(输入0时结束输入):\n"); scanf("%d",&num);if( num == 0){break;}q = Push(&S_Queue,num);		//	接受队头指针head }}break;//	出队	case 2:{int flag;while(1){flag = Pop(&S_Queue);if(flag == -1){printf("出队列完毕\n");	break;}else{printf("出队数据为: %d\n",flag);}}}break;//	取队头元素	case 3:{ElementType sum;p = q->head;		//	取出队头指针 if( p == NULL){printf("队伍已经出队，没有数据\n");break;} sum = p->data;		//	队头指针取值 printf("队列头数据为: %d \n",sum);}	break;//	查看队列是否为空	case 4:{if(QueueEmpty(q) == true){printf("队伍为空\n");}else{printf("队伍还有数据,不为空\n"); }}break;//	插入队列元素 case 5:{int s;printf("请输入你要添加到就诊队伍的病历号:\n");scanf("%d",&s);q = Push(q,s);		//	把输入的数据插入队列中 printf("添加成功！\n");	} break;//	就诊	case 6:{ElementType count1;Node *Link1;Link1 = q->head;			//	取队头指针 count1 = Link1->data;		//	队头指针指向内容取值 q->head = Link1->next;		//	让队头指针移到下一个节点 free(Link1);				//	释放刚才那个头节点printf("第%d 个患者开始就诊，病历号为: %d\n",++num,count1);if(QueueEmpty(q) == true)	//	判断队伍是否还有人 {printf("病人已经全部就诊完毕\n");break; }}break;//	查看（相当于出队） case 7:{int flag1;int i=0; while(1){flag1 = Pop(&S_Queue);if(flag1 == -1){printf("查看完毕完毕\n");	break;}else{printf("第%d 个患者病历号为: %d\n",++i,flag1);}}		}break;//	下班	case 8:printf("工作结束,打卡下班\n");exit(-1);		//	结束进程 default:printf("选择功能错误，请重新选择！！！！\n");break;}}return 0;
}

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