队列数据结构：构建、操作和代码解析

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2023-09-21 22:26:11

队列：理解 FIFO 数据结构的基础

队列是一种基本的数据结构，遵循先进先出的原则（FIFO）。它是一种线性数据结构，其中元素按它们到达的顺序排列。队列在计算机科学中有着广泛的应用，包括任务调度、消息传递和数据缓冲。

队列的结构

在 C 语言中，队列通常使用链表来实现。链表是一种动态数据结构，它允许轻松插入和删除元素。队列有两个指针：头部指针和尾部指针。头部指针指向队列的第一个元素，尾部指针指向队列的最后一个元素。

队列的函数

队列提供了以下基本功能：

入队（Enqueue）： 将一个元素添加到队列的尾部。
出队（Dequeue）： 从队列的头部删除一个元素。
查看队列头部元素（Peek）： 查看队列头部的元素，但不将其删除。
判断队列是否为空（IsEmpty）： 检查队列是否为空。
判断队列是否已满（IsFull）： 检查队列是否已满。

队列的实现

下面是一个使用 C 语言链表实现的队列示例：

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

// 定义队列节点的结构体
struct QNode {
    int data;
    struct QNode *next;
};

// 定义队列的结构体
struct Queue {
    struct QNode *head;
    struct QNode *tail;
};

// 创建一个新的队列
struct Queue *CreateQueue() {
    struct Queue *queue = (struct Queue *)malloc(sizeof(struct Queue));
    queue->head = NULL;
    queue->tail = NULL;
    return queue;
}

// 入队
void Enqueue(struct Queue *queue, int data) {
    struct QNode *newNode = (struct QNode *)malloc(sizeof(struct QNode));
    newNode->data = data;
    newNode->next = NULL;

    if (queue->head == NULL) {
        queue->head = newNode;
        queue->tail = newNode;
    } else {
        queue->tail->next = newNode;
        queue->tail = newNode;
    }
}

// 出队
int Dequeue(struct Queue *queue) {
    if (queue->head == NULL) {
        return -1; // 队列为空
    }

    int data = queue->head->data;
    struct QNode *temp = queue->head;
    queue->head = queue->head->next;

    if (queue->head == NULL) {
        queue->tail = NULL;
    }

    free(temp);
    return data;
}

// 查看队列头部元素
int Peek(struct Queue *queue) {
    if (queue->head == NULL) {
        return -1; // 队列为空
    }

    return queue->head->data;
}

// 判断队列是否为空
int IsEmpty(struct Queue *queue) {
    return queue->head == NULL;
}

// 判断队列是否已满
int IsFull(struct Queue *queue) {
    // 队列的长度没有限制，因此不会满
    return 0;
}

// 打印队列
void PrintQueue(struct Queue *queue) {
    struct QNode *temp = queue->head;

    while (temp != NULL) {
        printf("%d ", temp->data);
        temp = temp->next;
    }

    printf("\n");
}