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队列
基本概念
队列是最常见的概念，日常生活经常需要排队，仔细观察队列会发现，队列是一种逻辑结构，是一种特殊的线性表。特殊在：
只能在固定的两端操作线性表
只要满足上述条件，那么这种特殊的线性表就会呈现一种“先进先出”的逻辑，这种逻辑就被称为队列。
由于约定了只能在线性表固定的两端进行操作，于是给队列这种特殊的线性表的插入删除，起个特殊的名称：
-
队头：可以删除节点的一端
-
队尾：可以插入节点的一端
-
入队：将节点插入到队尾之后，函数名通常为enQueue()
-
出队：将队头节点从队列中剔除，函数名通常为outQueue()
-
取队头：取得队头元素，但不出队，函数名通常为front()
由于这种固定两端操作的简单约定，队列获得了“先进先出”的基本特性
顺序存储的队列：循环队列
与其他的逻辑结构类似，队列可以采用顺序存储形成循环队列，也可以采用链式存储形成链式队列。顺序存储的队列之所以被称为循环队列，是因为可以利用更新队头队尾的下标信息，来循环地利用整个数组，出队入队时也不必移动当中的数据。循环队列示意图如下所示：
从上述动图中可以观察到，需要牺牲至少数组中的一个存储位置，来区分循环队列中的满队和空队。满队和空队的约定如下：
- 当front与rear相等时，队列为空
- 当rear循环加一与front相等时，队列为满
与其他数据结构一样，管理循环队列除了需要一块连续的内存之外，还需要记录队列的总容量、当前队列的元素个数、当前队头、队尾元素位置，如果有多线程还需要配互斥锁和信号量等信息，为了便于管理，通常将这些信息统一于在一个管理结构体之中：
typedef int DATA;
typedef struct
{
DATA *pData; // 队列入口
int size; // 队列总容量
int head; // 队列队头元素下标
int tail; // 队列队尾元素下标
}SQueue;
循环队列的基本操作
squeue.h
#ifndef __SQUEUE_H
#define __SQUEUE_H
typedef int DATA;
typedef struct
{
DATA *pData; // 队列入口
int size; // 队列总容量
int head; // 队列队头元素下标
int tail; // 队列队尾元素下标
}SQueue;
// 初始化队列
int SQ_init(SQueue *q, int num);
// 判断队列是否已满
int SQ_isfull(SQueue *q);
// 判断队列是否为空
int SQ_isempty(SQueue *q);
// 入队
int SQ_push(SQueue *q,DATA data);
// 出队
int SQ_pop(SQueue *q,DATA *data);
// 回收队
int SQ_free(SQueue *q);
#endif
-
squeue.c
#include <stdlib.h> #include "squeue.h" // 初始化队列 int SQ_init(SQueue *q, int num) { q->pData = (DATA *)calloc(sizeof(DATA), num); if (q->pData == NULL) return -1; q->size = num; q->head = q->tail = 0; return 0; } // 判断队列是否已满 int SQ_isfull(SQueue *q) { return (q->tail + 1) % q->size == q->head; } // 判断队列是否为空 int SQ_isempty(SQueue *q) { return q->tail == q->head; } // 出队 int SQ_push(SQueue *st, DATA data) { if (SQ_isfull(st)) return -1; st->pData[st->tail] = data; st->tail = (st->tail + 1) % st->size; return 0; } // 入队 int SQ_pop(SQueue *st, DATA *data) { if (SQ_isempty(st)) return -1; *data = st->pData[st->head]; st->head = (st->head + 1) % st->size; return 0; } // 回收队列 int SQ_free(SQueue *st) { if (st->pData) { free(st->pData); st->pData = NULL; } st->head = st->tail = 0; }注意：
循环队列中，需要牺牲一个存储位置来区分空队和满队
链式存储的队列：链式队列
链式队列的组织形式与链表无异，只不过插入删除被约束在固定的两端。为了便于操作，通常也会创建所谓管理结构体，用来存储队头指针、队尾指针、队列元素个数等信息：
从上图可以看到，链式队列主要控制队头和队尾，由于管理结构体中保存了当前队列元素个数size，因此可以不必设计链表的头节点，初始化空队列时只需要让队头队尾指针同时指向空即可。
以下是队列链表节点设计和管理结构体设计的示例代码：
typedef int DATA;
// 链式队列节点
typedef struct _node
{
DATA data;
struct _node *next;
}NODE/*,*PNODE*/;
// 链式队列管理结构体
typedef struct
{
NODE *pHead; // 队头指针
NODE *pTail; // 队尾指针
int size ; // 队列当前元素个数
int num ;
}LinkQueue;
链式队列的基本操作
linkQueue.h
#ifndef __LINKQUEUE_H
#define __LINKQUEUE_H
typedef int DATA;
// 链式队列节点
typedef struct _node
{
DATA data;
struct _node *next;
}NODE/*,*PNODE*/;
// 链式队列管理结构体
typedef struct
{
NODE *pHead; // 队头指针
NODE *pTail; // 队尾指针
int size ; // 队列当前元素个数
int num ;
}LinkQueue;
void LQ_init(LinkQueue *q,int sz);
int LQ_isfull(LinkQueue *q);
int LQ_isempty(LinkQueue *q);
int LQ_push(LinkQueue *q,DATA data);
int LQ_pop(LinkQueue *q,DATA *data);
int LQ_free(LinkQueue *q);
#endif
linkQueue.c
#include "LinkQueue.h"
#include <stdlib.h>
void LQ_init(LinkQueue *q, int sz)
{
q->pHead = q->pTail = NULL;
q->size = sz;
q->num = 0;
}
int LQ_isfull(LinkQueue *q)
{
return q->num == q->size;
}
int LQ_isempty(LinkQueue *q)
{
return q->num == 0;
}
int LQ_push(LinkQueue *q, DATA data)
{
if (LQ_isfull(q))
return -1;
NODE *pNew = (NODE *)malloc(sizeof(NODE));
if (!pNew)
return -1;
pNew->data = data;
pNew->next = NULL;
if (!(q->pTail))
q->pHead = q->pTail = pNew;
else
{
q->pTail->next = pNew;
q->pTail = pNew;
}
q->num++;
return 0;
}
int LQ_pop(LinkQueue *q, DATA *data)
{
if (LQ_isempty(q))
return -1;
NODE *p = q->pHead;
*data = p->data;
if (p == q->pTail)
q->pHead = q->pTail = NULL;
else
q->pHead = p->next;
free(p);
q->num--;
return 0;
}
int LQ_free(LinkQueue *queue)
{
NODE *p = queue->pHead, *q = NULL;
while (p)
{
q = p;
p = p->next;
free(q);
}
queue->pHead = queue->pTail = NULL;
queue->num = 0;
return 0;
}