队列

Queue
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用大O符号表示的时间复杂度
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队列，又称为伫列（queue），计算机科学中的一种抽象资料类型，是先进先出（FIFO, First-In-First-Out）的线性表。在具体应用中通常用链表或者数组来实现。队列只允许在后端（称为rear）进行插入操作，在前端（称为front）进行删除操作。

队列的操作方式和堆栈类似，唯一的区别在于队列只允许新数据在后端进行添加。

单链队列

单链队列使用链表作为基本数据结构，所以不存在伪溢出的问题，队列长度也没有限制。但插入和读取的时间代价较高

存储结构

/* c3-2.h 单链队列－－队列的链式存储结构 */
typedef struct QNode
{
	QElemType data;
	struct QNode *next;
}QNode,*QueuePtr;

typedef struct
{
	QueuePtr front,rear; /* 队头、队尾指针 */
}LinkQueue;

基本操作

/* bo3-2.c 链队列(存储结构由c3-2.h定义)的基本操作(9个) */
void InitQueue(LinkQueue *Q)
{	/* 构造一个空队列Q */
	(*Q).front=(*Q).rear=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
	if(!(*Q).front)
		exit(OVERFLOW);
	(*Q).front->next=NULL;
}

void DestroyQueue(LinkQueue *Q)
{	/* 销毁队列Q(无论空否均可) */
	while((*Q).front)
	{
		(*Q).rear=(*Q).front->next;
		free((*Q).front);
		(*Q).front=(*Q).rear;
	}
}

void ClearQueue(LinkQueue *Q)
{	/* 将Q清为空队列 */
	QueuePtr p,q;
	(*Q).rear=(*Q).front;
	p=(*Q).front->next;
	(*Q).front->next=NULL;
	while(p)
	{
		q=p;
		p=p->next;
		free(q);
	}
}

Status QueueEmpty(LinkQueue Q)
{	/* 若Q为空队列，则返回TRUE，否则返回FALSE */
	if(Q.front->next==NULL)
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

int QueueLength(LinkQueue Q)
{	/* 求队列的长度 */
	int i=0;
	QueuePtr p;
	p=Q.front;
	while(Q.rear!=p)
	{
		i++;
		p=p->next;
	}
	return i;
}

Status GetHead_Q(LinkQueue Q,QElemType *e) /* 避免与bo2-6.c重名 */
{	/* 若队列不空，则用e返回Q的队头元素，并返回OK，否则返回ERROR */
	QueuePtr p;
	if(Q.front==Q.rear)
		return ERROR;
	p=Q.front->next;
	*e=p->data;
	return OK;
}

void EnQueue(LinkQueue *Q,QElemType e)
{	/* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */
	QueuePtr p=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
	if(!p) /* 存储分配失败 */
		exit(OVERFLOW);
	p->data=e;
	p->next=NULL;
	(*Q).rear->next=p;
	(*Q).rear=p;
}

Status DeQueue(LinkQueue *Q,QElemType *e)
{	/* 若队列不空，删除Q的队头元素，用e返回其值，并返回OK，否则返回ERROR */
	QueuePtr p;
	if((*Q).front==(*Q).rear)
		return ERROR;
	p=(*Q).front->next;
	*e=p->data;
	(*Q).front->next=p->next;
	if((*Q).rear==p)
		(*Q).rear=(*Q).front;
	free(p);
	return OK;
}

void QueueTraverse(LinkQueue Q,void(*vi)(QElemType))
{	/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素调用函数vi() */
	QueuePtr p;
	p=Q.front->next;
	while(p)
	{
		vi(p->data);
		p=p->next;
	}
	printf("\n");
}

^[1]

循环队列

循环队列可以更简单防止伪溢出的发生，但队列大小是固定的。

// 队列的顺序存储结构(循环队列)
#define MAX_QSIZE 5 // 最大队列长度+1
typedef struct {
    int *base; // 初始化的动态分配存储空间
    int front; // 头指针，若队列不空，指向队列头元素
    int rear; // 尾指针，若队列不空，指向队列尾元素的下一个位置
} SqQueue;


// 构造一个空队列Q
SqQueue* Q_Init() {
    SqQueue *Q = (SqQueue*)malloc(sizeof(SqQueue));
    // 存储分配失败
    if (!Q){
        exit(OVERFLOW);
    }
    Q->base = (int *)malloc(MAX_QSIZE * sizeof(int));
    // 存储分配失败
    if (!Q->base){
        exit(OVERFLOW);
    }
    Q->front = Q->rear = 0;
    return Q;
}

// 销毁队列Q，Q不再存在
void Q_Destroy(SqQueue *Q) {
    if (Q->base)
        free(Q->base);
    Q->base = NULL;
    Q->front = Q->rear = 0;
    free(Q);
}

// 将Q清为空队列
void Q_Clear(SqQueue *Q) {
    Q->front = Q->rear = 0;
}

// 若队列Q为空队列，则返回1；否则返回-1
int Q_Empty(SqQueue Q) {
    if (Q.front == Q.rear) // 队列空的标志
        return 1;
    else
        return -1;
}

// 返回Q的元素个数，即队列的长度
int Q_Length(SqQueue Q) {
    return (Q.rear - Q.front + MAX_QSIZE) % MAX_QSIZE;
}

// 若队列不空，则用e返回Q的队头元素，并返回OK；否则返回ERROR
int Q_GetHead(SqQueue Q, int &e) {
    if (Q.front == Q.rear) // 队列空
        return -1;
    e = Q.base[Q.front];
    return 1;
}

// 打印队列中的内容
void Q_Print(SqQueue Q) {
    int p = Q.front;
    while (Q.rear != p) {
        cout << Q.base[p] << endl;
        p = (p + 1) % MAX_QSIZE;
    }
}

// 插入元素e为Q的新的队尾元素
int Q_Put(SqQueue *Q, int e) {
    if ((Q->rear + 1) % MAX_QSIZE == Q->front) // 队列满
        return -1;
    Q->base[Q->rear] = e;
    Q->rear = (Q->rear + 1) % MAX_QSIZE;
    return 1;
}

// 若队列不空，则删除Q的队头元素，用e返回其值，并返回1；否则返回-1
int Q_Poll(SqQueue *Q, int &e) {
    if (Q->front == Q->rear) // 队列空
        return -1;
    e = Q->base[Q->front];
    Q->front = (Q->front + 1) % MAX_QSIZE;
    return 1;
}

数组队列

#define MAX_QSIZE 10 // 最大队列长度+1
// 阵列队列的存储结构
struct Queue {
    int Array[MAX_QSIZE]; // 阵列空间大小
    int front; // 队头
    int rear; // 队尾
    int length; // 队列长度
};

// 构造一个空队列Q
Queue* Q_Init() {
    Queue *Q = (Queue*)malloc(sizeof(Queue));
    if (!Q){
        // 存储分配失败
        exit(OVERFLOW);
    }
    //初始化
    Q->front = Q->rear = Q->length = 0;
    return Q;
}

// 将Q清为空队列
void Q_Clear(Queue *Q) {
    //清除头尾下标和长度
    Q->front = Q->rear = Q->length = 0;
}

// 入列
int Q_Put(Queue *Q, int x) {
    //如果当前元素数量等于最大数量 返回 -1
    if (Q->rear + 1 == MAX_QSIZE) {
        return -1;
    }
    Q->Array[Q->rear] = x;
    Q->rear = Q->rear + 1;
    //length + 1
    Q->length = Q->length + 1;
    return 1;
}

// 出列
int Q_Poll(Queue *Q) {
    //如果当前元素数量等于最大数量 返回 -1
    if (Q->front + 1 == MAX_QSIZE)
        return -1;
    int x = Q->Array[Q->front];
    Q->front = Q->front + 1;
    // 移出后減少1
    Q->length = Q->length - 1;
    return x;
}

参考文献

^ 高一凡. 《数据结构》算法实现及解析 2004年10月第2版. 西安: 西安电子科技大学出版社. ISBN 9787560611761 （中文）.

参见

[1] 高一凡. 《数据结构》算法实现及解析 2004年10月第2版. 西安: 西安电子科技大学出版社. ISBN 9787560611761 （中文）.

[1]

查论编数据结构
类型	集合容器
抽象类型	关联数组多重关连数组（英语：Multimap）串列前向串列堆栈队列双端队列优先队列双端优先队列集合多重集并查集可持久化数据结构线段树
数组	字符串位数组环形缓冲器动态数组哈希表哈希数组树（英语：Hashed array tree）稀疏矩阵
链（英语：Linked data structure）	关联表（英语：Association list）链表跳跃列表松散链表（英语：Unrolled linked list）异或链表
树	线段树自平衡二叉查找树 B树二叉树 AA树 AVL树红黑树平衡树伸展树二叉查找树堆二叉堆左偏树二项堆斐波那契堆 R树 R*树 R+树希尔伯特R树（英语：Hilbert R-tree）希尔伯特前缀树哈希树
图	有向图有向无环图二元决策图无向图确定性非循环有限自动机（英语：Deterministic acyclic finite state automaton）
数据结构术语列表