数据结构 - 链队列的实行（C语言）

一、什么是链队列？

队列的链式存储结构，其实就是线性表的单链表，只不过它只能尾进头出而已，我们把它简称为链队列。为了操作上的方便，我们将队头指针指向链队列的头结点，而队尾指针指向尾结点，如下图所示：

空队列时，front和rear都指向头结点，如下图所示。

链队列的结构为：

typedef int QElemType; /* QElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

/* 结点结构 */
typedef struct QNode
{
	ElemType data;
	struct QNode *next;
}QNode;

/* 队列的链表结构 */
typedef struct
{
	QNode *front; // 队头指针
	QNode *rear; // 队尾指针
}LinkQueue;

二、基本操作

2.1 初始化操作

实现代码如下：

// 初始化链队列操作
Status initQueue(LinkQueue *Q)
{
	Q->front = Q->rear = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!Q->front)
		return FALSE;
	Q->front->next = NULL;

	return TRUE;
}

2.1 入队操作

人队操作时，其实就是在链表尾部插入结点，如下图所示：

实现代码如下：

// 入队操作
Status enQueue(LinkQueue *Q, ElemType e)
{
	Node *s = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!s)
		return FALSE;

	s->data = e;
	s->next = NULL;
	Q->rear->next = s;	// 把拥有元素e的新结点s赋值给原队尾结点的后继
	Q->rear = s; // 把当前的s设置为队尾结点，rear指向s

	return TRUE;
}

2.3 出队操作

出队操作时，就是头结点的后继结点出队，将头结点的后继改为它后面的结点，若链表除头结点外只剩一个元素时，则需将rear指向头结点，如下图所示：

实现代码如下：

// 出队操作
Status deQueue(LinkQueue *Q, ElemType *e)
{
	Node *p;
	if (Q->front == Q->rear)
		return FALSE;

	p = Q->front->next; // 将欲删除的队头结点暂存给p，见图中①
	*e = p->data; // 将欲删除的队头结点的值赋值给e
	Q->front->next = p->next; // 将原队头结点的后继p->next赋值给头结点后继，见图中②
	if (Q->rear == p) // 若队头就是队尾，则删除后将rear指向头结点，见图中③
		Q->rear = Q->front;
	free(p);

	return TRUE;
}

2.4 遍历操作

实现代码如下：

// 遍历队列操作
Status tarverseQueue(const LinkQueue Q)
{
	Node *p;
	p = Q.front->next;
	while (p)
	{
		printf("%d ", p->data);
		p = p->next;
	}
	printf("\n");

	return TRUE;
}

三、完整程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>    

#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;
typedef int ElemType; /* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

/* 结点结构 */
typedef struct Node
{
	ElemType data;
	struct Node *next;
}Node;

/* 队列的链表结构 */
typedef struct
{
	Node *front; // 队头指针
	Node *rear; // 队尾指针
}LinkQueue;

Status initQueue(LinkQueue *Q); // 初始化链队列操作
Status enQueue(LinkQueue *Q, ElemType e); // 入队操作
Status deQueue(LinkQueue *Q, ElemType *e); // 出队操作
Status tarverseQueue(const LinkQueue Q); // 遍历队列操作
Status destroyQueue(LinkQueue *Q); // 销毁队列操作
Status clearQueue(LinkQueue *Q); // 清空队列操作
Status isEmpty(const LinkQueue Q); // 判断是否为空队列
Status getHead(const LinkQueue Q, ElemType *e); // 获得队头元素
int getLength(const LinkQueue Q); // 获得队列的长度

// 初始化链队列操作
Status initQueue(LinkQueue *Q)
{
	Q->front = Q->rear = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!Q->front)
		return FALSE;
	Q->front->next = NULL;

	return TRUE;
}

// 入队操作
Status enQueue(LinkQueue *Q, ElemType e)
{
	Node *s = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (!s)
		return FALSE;

	s->data = e;
	s->next = NULL;
	Q->rear->next = s;	// 把拥有元素e的新结点s赋值给原队尾结点的后继，见图中①
	Q->rear = s; // 把当前的s设置为队尾结点，rear指向s，见图中②

	return TRUE;
}

// 出队操作
Status deQueue(LinkQueue *Q, ElemType *e)
{
	Node *p;
	if (Q->front == Q->rear)
		return FALSE;

	p = Q->front->next; // 将欲删除的队头结点暂存给p，见图中①
	*e = p->data; // 将欲删除的队头结点的值赋值给e
	Q->front->next = p->next; // 将原队头结点的后继p->next赋值给头结点后继，见图中②
	if (Q->rear == p) // 若队头就是队尾，则删除后将rear指向头结点，见图中③
		Q->rear = Q->front;
	free(p);

	return TRUE;
}

// 遍历队列操作
Status tarverseQueue(const LinkQueue Q)
{
	Node *p;
	p = Q.front->next;
	while (p)
	{
		printf("%d ", p->data);
		p = p->next;
	}
	printf("\n");

	return TRUE;
}

// 销毁队列操作
Status destroyQueue(LinkQueue *Q)
{
	while (Q->front)
	{
		Q->rear = Q->front->next;
		free(Q->front);
		Q->front = Q->rear;
	}

	return TRUE;
}

// 清空队列操作
Status clearQueue(LinkQueue *Q)
{
	Node *p;
	Node *q;

	Q->rear = Q->front;
	p = Q->front->next;
	Q->front->next = NULL;
	while (p)
	{
		q = p;
		p = p->next;
		free(q);
	}

	return TRUE;
}

// 判断是否为空队列
Status isEmpty(const LinkQueue Q)
{
	return Q.front == Q.rear ? TRUE : FALSE;
}

// 获得队头元素
Status getHead(const LinkQueue Q, ElemType *e)
{
	Node *p;
	if (Q.front == Q.rear)
		return FALSE;
	p = Q.front->next;
	*e = p->data;

	return TRUE;
}

// 获得队列的长度
int getLength(const LinkQueue Q)
{
	int i = 0;
	Node *p;
	p = Q.front;
	while (Q.rear != p)
	{
		i++;
		p = p->next;
	}
	return i;
}

int main()
{
	LinkQueue Q;

	// 初始化队列
	initQueue(&Q);

	// 入队操作
	for (int i = 0; i < 4; i++)
		enQueue(&Q, i);
	printf("入队操作（0、1、2、3）! \n\n");

	// 出队操作
	ElemType d;
	deQueue(&Q, &d);
	printf("删除的元素是%d \n\n", d);

	// 遍历队列
	printf("遍历队列: ");
	tarverseQueue(Q);
	printf("\n");

	// 判断是否为空队列
	printf("现在队列空否？ %u (1:空 0:否)\n\n", isEmpty(Q));

	// 获得队列的长度
	printf("队列长度为: %d \n\n", getLength(Q));

	// 获得队头元素
	getHead(Q, &d);
	printf("队头元素是%d \n\n", d);

	return 0;
}

输出结果如下图所示：

参考：

《大话数据结构 - 第4章》 栈与队列