數據結構代碼實現之隊列的鏈表實現（C/C++）

上班閑着無聊，一直想着要開始寫博客，但又不知道寫什么。最近又回顧了下數據結構的知識，那就從數據結構開始吧。

前言

關於C語言結構體的知識以及隊列的特性請讀者自行了解，此處不做過多解釋，嘻嘻。

同時此篇文章僅僅是關於隊列的鏈表實現。

第一步：結構體編寫

我們首先分析一下隊列的特征：先進先出，隊尾插入，隊頭刪除，暫時想到的就這么多。

首先，對於鏈表的節點結構體的內容，我們首先想到的是它有一個值，還有一個指向下

一個節點的指針（鏈表相關知識請讀者自行了解），那么它的結構體可實現如下：

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

映射到圖形，其是這樣的結構：

接下來，要讓這種節點實現隊列的特性，我們可以再建立一個結構體，該結構體有一個指向隊頭節點的指針和一個指向隊尾節點的指針，那么它的實現如下：

typedef struct LQueue{
    Qnode *front;
    Qnode *rear;
};

其中，front指針指向隊頭，rear指針指向隊尾（注意，該指針是指向Qnode類型的指針）

映射到圖形，其是這樣的結構：

好了，結構體編寫工作到這里就完成了，下面開始下一步工作。

第二步，隊列的方法分析及實現

一個隊列有哪些方法呢，根據前面提到的特性，首先要有插入和刪除的方法，我們可以定義插入操作為入隊（書上也是這么說的），刪除操作為出隊，這兩個操作應該是隊列里最基本的。接下來，初始化隊列的方法也是尤其必要的。然后，為了測試方便，還可以定義一個獲取隊列的長度，隊列是否為空，獲取隊頭元素值，獲取隊尾元素值以及打印隊列所有節點數據的方法。下面是對這些方法的實現。

初始化方法：void initQueue(LQueue *q);

方法描述：將創建的隊列結構（通過參數傳入該方法）的隊頭和隊尾指針都指向一個動態生成的Qnode節點，代碼如下：

void initQueue(LQueue *q){
    q->front = q->rear = (Qnode *)malloc(sizeof(Qnode));
    q->front->next = NULL;
}

當創建了一個隊列變量，然后調用該方法時：

代碼：

    LQueue L;
    initQueue(&L);

內存空間如圖：

判斷隊列是否為空方法：int empty(LQueue *t)；

該方法很簡單，不做過多描述，代碼如下：

int empty(LQueue *t){
    return t->front->next == t->rear;
}

 

入隊方法：void push(LQueue *t, int x);

方法描述：通過動態生成一個Qnode節點，然后將x賦值給該節點的data值，再將該節點插入到隊列中，代碼如下：

void push(LQueue *t, int x){
    Qnode *s = (Qnode *)malloc(sizeof(Qnode));
    s->data = x;
    s->next = NULL;
    t->rear->next = s;
    t->rear = s;
}

代碼解釋：

　　第2行：動態生成一個Qnode節點，讓指針s指向它；

　　第3行：將傳入的x值賦值給生成的節點（s所指向）的data值；

　　第4行：將s所指節點的next指針置為空；

　　第5行：將隊列的隊尾指針的next指針指向s所指節點；

　　第6行：再將隊尾指針指向s節點，完成push操作。

不懂的讀者希望能自行畫圖幫助理解，其實圖一畫出來就一目了然了。

出隊方法：void pop(LQueue *t)；

方法描述：使用該方法時，首先應判斷隊列是否為空，為空則退出，不進行出隊操作。如果隊列不空，則首先定義一個Qnode類型指針q，讓q指向隊頭節點的下一個節點（因為隊頭節點僅作為隊頭，不存儲值），把隊頭去掉的話，就是頭節點啦。然后讓隊頭節點的next指針指向q所指節點的下一個節點，再釋放掉q所指節點（q所指節點即為要出隊的節點），代碼如下：

void pop(LQueue *t){
    if(empty(t)){
        cout << "LQueue is empty,can't pop.\n";
        return;
    }
    Qnode *q = t->front->next;
    t->front->next = q->next;
    free(q);
}

代碼解釋：

　　第2-5行：判斷隊列是否為空，若為空則打印提示消息后退出，不進行出隊操作；

　　第6行：定義一個指針q，使其指向隊頭節點的next指針所指向的節點；（前面已經解釋了，其實就是指向隊頭節點）

　　第7行：讓隊頭節點的next指針指向q的next指針所指向的節點；

　　第8行：釋放掉q所指的節點的內存，完成出隊操作；

還是那句話，畫圖！一步一步理解。

獲取隊頭節點的值方法：int getFront(LQueue *t)；

該方法很簡單，不做過多描述，代碼如下：

int getFront(LQueue *t){
    return t->front->next->data;
}

獲取隊尾節點的值方法：int getRear(LQueue *t)；

該方法很簡單，不做過多描述，代碼如下：　

int getRear(LQueue *t){
    return t->rear->data;
}

獲取隊列長度的方法：int getSize(LQueue *t)；

方法描述：使用一個指向頭結點的指針，不斷遍歷，每遍歷一次，計數器加1，當該指針指向空時，遍歷完成，返回該計數器，代碼如下：

int getSize(LQueue *t){
    Qnode *q = t->front->next;
    int k = 0;
    while(q){
        k++;
        q = q->next;
    }
    return k;
}

代碼解釋：

　　第2行：定義一個指向隊頭節點的指針q;

　　第3行：定義一個計數器k;

　　第4-7行：該代碼為，當q不指向NULL時，k+1,然后q指向下一個節點，繼續循環判斷。

　　第8行：當循環結束時，返回該計數器k，即為隊列的長度。

打印隊列所有值方法：void printQueue(LQueue *t)；

方法描述，定義一個指向Qnode類型的指針，進行遍歷，每遍歷一個節點，打印該節點，然后繼續遍歷下一節點，代碼如下：

void printQueue(LQueue *t){
    Qnode *q = t->front->next;
    while(q){
        cout << q->data << " ";
        q = q->next;
    }
    cout << "\n";
}

該代碼比較簡單，不做過多解釋。

好了，方法至此已全部完成，接下來，就可以通過main函數進行測試了。

第三步：編寫main方法測試運行

完整代碼如下，親測可用，希望各位新入坑的朋友多多敲代碼練習哦：

#include <iostream>
using namespace std;

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

typedef struct LQueue{
    Qnode *front;
    Qnode *rear;
};

void initQueue(LQueue *q){
    q->front = q->rear = (Qnode *)malloc(sizeof(Qnode));
    q->front->next = NULL;
}

int empty(LQueue *t){
    return t->front->next == t->rear;
}

void push(LQueue *t, int x){
    Qnode *s = (Qnode *)malloc(sizeof(Qnode));
    s->data = x;
    s->next = NULL;
    t->rear->next = s;
    t->rear = s;
}

void pop(LQueue *t){
    if(empty(t)){
        cout << "LQueue is empty,can't pop.\n";
        return;
    }
    Qnode *q = t->front->next;
    t->front->next = q->next;
    free(q);
    if(t->rear == NULL)
        t->rear = t->front;
}

int getFront(LQueue *t){
    return t->front->next->data;
}

int getRear(LQueue *t){
    return t->rear->data;
}

int getSize(LQueue *t){
    Qnode *q = t->front->next;
    int k = 0;
    while(q){
        k++;
        q = q->next;
    }
    return k;
}

void printQueue(LQueue *t){
    Qnode *q = t->front->next;
    while(q){
        cout << q->data << " ";
        q = q->next;
    }
    cout << "\n";
}
int main(){
    LQueue L;
    initQueue(&L);
    cout << "Push data to Queue...\n";
    push(&L,2);
    push(&L,5);
    push(&L,4);
    push(&L,3);
    push(&L,6);
    push(&L,8);
    push(&L,10);
    push(&L,11);
    cout << "Push finished.\n";
    cout << "You have pushed such data:";
    printQueue(&L);
    cout << "Pop data out of Queue...\n";
    pop(&L);
    cout << "Pop finished.\n";
    cout << "Now the Queue have such data:";
    printQueue(&L);
    cout << "Get Queue's front data:" << getFront(&L) << endl;
    cout << "Get Queue's rear data:" << getRear(&L) << endl;
    cout << "Get Queue's size:" << getSize(&L) << endl;
    pop(&L);
    pop(&L);
    pop(&L);
    cout << "After poped 3 times:";
    printQueue(&L);
    cout << "Judge the Queue is null or not(0 means not null,others means null):" << empty(&L) << endl;
    pop(&L);
    pop(&L);
    pop(&L);
    pop(&L);
    cout << "After poped 4 times:";
    printQueue(&L);
    cout << "Judge the Queue is null or not(0 means not null,others means null):" << empty(&L) << endl;

    return 0;
}

人生中的第一篇博客，寫的不好還請海涵~~祝大家生活愉快~~