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队列的定义

队列是一种特殊的线性表。

队列仅在线性表的两端进行操作：
队头(Front)：取出数据元素的一端
队尾(Rear)：插入数据元素的一端

队列不允许在中间部位进行操作！

队列的性质：先进先出

队列的一些常用操作：
创建队列，销毁队列，清空队列，进队列，出队列，获取队头元素，获取队列的长度

1. 队列的顺序存储实现

 队列的顺序存储实现是基于线形表的代码实现的，因此需要调用线形表的头文件，线性表的代码在前面的文章中已经详细说明，此处不再赘述。

//顺序队列 头文件 SeqQueue.h
#ifndef _SEQQUEUE_H_
#define _SEQQUEUE_H_typedef void SeqQueue;SeqQueue *SeqQueue_Create(int capacity);
void SeqQueue_Destroy(SeqQueue *queue);
void SeqQueue_Clear(SeqQueue *queue);
int SeqQueue_Append(SeqQueue *queue, void *item); //加入队列
void *SeqQueue_Retrieve(SeqQueue *queue);         //出队列
void *SeqQueue_Header(SeqQueue *queue);           //获取头部
int SeqQueue_Length(SeqQueue *queue);
int SeqQueue_Capacity(SeqQueue *queue);#endif

//顺序队列 源文件 SeqQueue.c
#include "SeqList.h"
#include "SeqQueue.h"SeqQueue *SeqQueue_Create(int capacity) // O(1)
{return SeqList_Create(capacity);
}void SeqQueue_Destroy(SeqQueue *queue) // O(1)
{SeqList_Destroy(queue);
}void SeqQueue_Clear(SeqQueue *queue) // O(1)
{SeqList_Clear(queue);
}int SeqQueue_Append(SeqQueue *queue, void *item) // O(1)加入队列
{return SeqList_Insert(queue, item, SeqList_Length(queue));
}void *SeqQueue_Retrieve(SeqQueue *queue) // O(n) 出队列
{return SeqList_Delete(queue, 0);
}void *SeqQueue_Header(SeqQueue *queue) // O(1) 获取头部元素
{return SeqList_Get(queue, 0);
}int SeqQueue_Length(SeqQueue *queue) // O(1)
{return SeqList_Length(queue);
}int SeqQueue_Capacity(SeqQueue *queue) // O(1)
{return SeqList_Capacity(queue);
}

2. 队列的链式存储实现

同样，链式存储也要借助于链表的代码。

//链式队列 头文件 LinkList.h
#ifndef _LINKQUEUE_H_
#define _LINKQUEUE_H_typedef void LinkQueue;LinkQueue *LinkQueue_Create();
void LinkQueue_Destroy(LinkQueue *queue);
void LinkQueue_Clear(LinkQueue *queue);
int LinkQueue_Append(LinkQueue *queue, void *item);
void *LinkQueue_Retrieve(LinkQueue *queue);
void *LinkQueue_Header(LinkQueue *queue);
int LinkQueue_Length(LinkQueue *queue);#endif

//链式队列 源文件 LinkList.c
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "LinkList.h"
#include "LinkQueue.h"typedef struct _tag_LinkQueueNode
{LinkListNode header;void *item;
} TLinkQueueNode;LinkQueue *LinkQueue_Create() // O(1)
{return LinkList_Create();
}void LinkQueue_Destroy(LinkQueue *queue) // O(n)
{LinkQueue_Clear(queue);LinkList_Destroy(queue);
}void LinkQueue_Clear(LinkQueue *queue) // O(n)
{while (LinkQueue_Length(queue) > 0){LinkQueue_Retrieve(queue);}
}int LinkQueue_Append(LinkQueue *queue, void *item) // O(n) 数据加入队列
{TLinkQueueNode *node = (TLinkQueueNode *)malloc(sizeof(TLinkQueueNode));int ret = (item != NULL) && (node != NULL);if (ret){node->item = item;ret = LinkList_Insert(queue, (LinkListNode *)node, LinkList_Length(queue));}if (!ret){free(node);}return ret;
}void *LinkQueue_Retrieve(LinkQueue *queue) // O(1) 出队列
{TLinkQueueNode *node = (TLinkQueueNode *)LinkList_Delete(queue, 0);void *ret = NULL;if (node != NULL){ret = node->item;free(node);}return ret;
}void *LinkQueue_Header(LinkQueue *queue) // O(1) 获取头部元素
{TLinkQueueNode *node = (TLinkQueueNode *)LinkList_Get(queue, 0);void *ret = NULL;if (node != NULL){ret = node->item;}return ret;
}int LinkQueue_Length(LinkQueue *queue) // O(1)
{return LinkList_Length(queue);
}

小结

队列是一种特殊的线性表。
队列只允许在线性表的头部和尾部进行操作。

队列通常有两种实现方式：

• 顺序结构实现
• 链式结构实现

顺序队列的优化方案

顺序队列：
线性表的第一个元素作为队头
线性表的最后一个元素作为队尾
入队的新元素是在线性表的最后,时间复杂度为O(1)。
出队时需要将后续的所有元素向前移动，时间复杂度O(n)。

希望将出队时的时间复杂度降为O(1)。

优化方案：

定义front使其始终代表队头的下标
出队时将队头元素返回，且front++

定义rear使其始终代表队尾下一个元素的下标
入队时将新元素插入，且rear++

没有必要只将下标为0的位置定义为队头。

如图所示：

链式队列的优化方案

链式队列：
线性表的第一个元素作为队头
线性表的最后一个元素作为队尾

入队的新元素是在线性表的最后，时间复杂度为O(n)。
出队的元素即链表的第一个元素，时间复杂度O(1)。

需要让入队的时间复杂度简化为O(1)。

优化方案：

定义rear指针始终指向链表中的最有一个元素。
入队时将新元素通过rear插入队尾，且将rear指向新元素。

小结

优化的顺序队列循环利用顺序空间提高出队
操作的效率。

优化的链式队列定义rear指针指向队尾元素
提高出队操作的效率。