队列(Queue) C 语言实现

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素成为出队。队列中没有元素时，称为空队列。因为队列只允许在一段插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。

一、队列的数组实现

队列的顺序存储结构通常由一个一维数组、一个记录队列头元素位置的变量front、一个记录队列尾元素位置的变量rear以及记录队列元素个数的变量size组成。

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

#define ElementType int //存储数据元素的类型
#define MAXSIZE 6 //存储数据元素的最大个数
#define ERROR -99 //ElementType的特殊值，标志错误

typedef struct {
    ElementType data[MAXSIZE];
    int front; //记录队列头元素位置
    int rear; //记录队列尾元素位置
    int size; //存储数据元素的个数
}Queue;

Queue* CreateQueue() {
    Queue* q = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
    if (!q) {
        printf("空间不足\n");
        return NULL;
    }
    q->front = -1;
    q->rear = -1;
    q->size = 0;
    return q;
}

int IsFullQ(Queue* q) {
    return (q->size == MAXSIZE);
}

void AddQ(Queue* q, ElementType item) {
    if (IsFullQ(q)) {
        printf("队列已满\n");
        return;
    }
    q->rear++;
    q->rear %= MAXSIZE;
    q->size++;
    q->data[q->rear] = item;
}

int IsEmptyQ(Queue* q) {
    return (q->size == 0);
}

ElementType DeleteQ(Queue* q) {
    if (IsEmptyQ(q)) {
        printf("空队列\n");
        return ERROR;
    }
    q->front++;
    q->front %= MAXSIZE; //0 1 2 3 4 5
    q->size--;
    return q->data[q->front];
}

void PrintQueue(Queue* q) {
    if (IsEmptyQ(q)) {
        printf("空队列\n");
        return;
    }
    printf("打印队列数据元素：\n");
    int index = q->front;
    int i;
    for (i = 0; i < q->size; i++) {
        index++;
        index %= MAXSIZE;
        printf("%d ", q->data[index]);
    }
    printf("\n");
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Queue* q = CreateQueue();

    AddQ(q, 0);
    AddQ(q, 1);
    AddQ(q, 2);
    AddQ(q, 3);
    AddQ(q, 4);
    AddQ(q, 5);
    PrintQueue(q);

    DeleteQ(q);
    DeleteQ(q);
    DeleteQ(q);
    PrintQueue(q);

    AddQ(q, 6);
    AddQ(q, 7);
    AddQ(q, 8);
    PrintQueue(q);

    return 0;
}

二、队列的链表实现

队列的链式存储结构也可以用一个单链表实现。插入和删除操作分别在链表的两头进行。队列指针front指向链表头部方便删除操作，队列指针rear指向链表尾部方便插入操作。

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

#define ElementType int
#define ERROR -99 //ElementType的特殊值，标志错误

typedef struct Node {
    ElementType data;
    struct Node* next;
}QNode;

typedef struct {
    QNode* front; //指向对头节点
    QNode* rear; //指向队尾节点
}Queue;

Queue* CreateQueue() {
    Queue* q = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
    if (!q) {
        printf("空间不足！\n");
        return NULL;
    }
    q->front = NULL;
    q->rear = NULL;
    return q;
}

void AddQ(Queue* q, ElementType item) {
    QNode* qNode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    if (!qNode) {
        printf("空间不足！\n");
        return;
    }
    qNode->data = item;
    qNode->next = NULL;
    if (q->front == NULL) {
        q->front = qNode;
    }
    if (q->rear == NULL) {
        q->rear = qNode;
    }
    else {
        q->rear->next = qNode;
        q->rear = qNode;
    }
}

int IsEmptyQ(Queue* q){
    return (q->front == NULL);
}

ElementType DeleteQ(Queue* q) {
    if (IsEmptyQ(q)) {
        printf("空队列\n");
        return ERROR;
    }
    QNode* temp = q->front;
    ElementType item;
    if (q->front == q->rear) { //若队列只有一个元素
        q->front = NULL;
        q->rear = NULL;
    }
    else {
        q->front = q->front->next;
    }
    item = temp->data;
    free(temp);
    return item;
}

void PrintQueue(Queue* q) {
    if (IsEmptyQ(q)) {
        printf("空队列\n");
        return;
    }
    printf("打印队列数据元素：\n");
    QNode* qNode = q->front;
    while (qNode != NULL) {
        printf("%d " , qNode->data);
        qNode = qNode->next;
    }
    printf("\n");
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Queue* q = CreateQueue();

    AddQ(q, 1);
    PrintQueue(q);

    DeleteQ(q);
    PrintQueue(q);

    AddQ(q, 2);
    AddQ(q, 3);
    AddQ(q, 4);
    PrintQueue(q);

    DeleteQ(q);
    DeleteQ(q);
    PrintQueue(q);

    AddQ(q, 5);
    AddQ(q, 6);
    PrintQueue(q);

    return 0;
}