从顺序到链式：揭秘队列的链式存储实现

队列的链式实现

引言

在上一篇文章中，我们探讨了队列的顺序实现。现在，我们将深入研究队列的另一种存储方式：链式存储。与顺序实现相比，链式实现提供了不同的优势和劣势，了解这两种实现方式至关重要，以便为特定应用程序选择最合适的队列。

设计队列的链式存储时现

一、准备工作

在开始设计队列的链式存储时，需要进行一些准备工作，包括定义一些回调状态和重定义类型。

回调状态

• 空队列：当队列不包含任何元素时
• 满队列：当队列达到其容量限制时

类型重定义

为了便于操作，可以将一些类型进行重定义，例如：

typedef struct Node {
  int data;
  struct Node *next;
} Node;

这个 Node 结构体将表示队列中的每个元素。

二、节点的设计

在链式存储中，队列是由一个节点链表组成的。每个节点存储一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。我们选择单向链表来实现队列，因为这更符合队列的先进先出 (FIFO) 特性。

struct Queue {
  Node *front;
  Node *rear;
};

这个 Queue 结构体将表示整个队列。front 指针指向队列的头部，rear 指针指向队列的尾部。

队列的操作

1. 初始化队列

void InitQueue(Queue *q) {
  q->front = q->rear = NULL;
}

2. 判断队列是否为空

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

3. 入队

void Enqueue(Queue *q, int data) {
  Node *newNode = (Node *)malloc(sizeof(Node));
  newNode->data = data;
  newNode->next = NULL;
  if (IsEmpty(q)) {
    q->front = q->rear = newNode;
  } else {
    q->rear->next = newNode;
    q->rear = newNode;
  }
}

4. 出队

int Dequeue(Queue *q) {
  if (IsEmpty(q)) {
    return -1;  // 队列为空时返回 -1
  }
  int data = q->front->data;
  Node *temp = q->front;
  q->front = q->front->next;
  free(temp);
  return data;
}

5. 获取队列大小

int QueueSize(Queue *q) {
  Node *p = q->front;
  int count = 0;
  while (p != NULL) {
    count++;
    p = p->next;
  }
  return count;
}

链式存储的优势和劣势

优势：

• 动态分配内存： 链式存储允许动态分配内存，因此可以根据需要调整队列的大小。
• 插入和删除更有效： 在链式存储中，插入和删除操作可以在 O(1) 时间内完成，而顺序存储需要 O(n) 时间。
• 不需要移动元素： 插入或删除元素时，不需要移动队列中的其他元素。

劣势：

• 占用更多内存： 每个节点除了存储数据外，还需要存储指向下一个节点的指针，因此链式存储比顺序存储占用更多内存。
• 访问元素需要遍历： 为了访问队列中的特定元素，需要从队列头部遍历到该元素，因此访问操作比顺序存储效率较低。
• 容易产生内存碎片： 频繁的插入和删除操作可能会导致内存碎片，从而影响队列的性能。

结论

链式存储为队列提供了一种灵活且高效的存储方式。与顺序存储相比，它具有动态分配内存和快速插入/删除操作的优势。然而，它也存在占用更多内存和访问元素效率较低的缺点。在选择队列的存储方式时，需要仔细考虑这些优势和劣势，并根据应用程序的具体要求做出选择。