c語言數據結構實現-鏈式隊列

一、背景需求

在上一篇文章中介紹了數組實現的隊列，本章節再補充一個鏈式的隊列，實現動態插入空間的操作。

二、相關知識

鏈式隊列由環形鏈表實現，通過鏈表頭和鏈表尾的操作，完成了隊列入列出列的功能。

如圖所示，空隊列時至少需要一個空節點，表示爲隊列頭和隊列尾，相當於哨兵的作用；

入列：新增節點插入到隊列尾，並更新 tail 指針；出列：更新 head 位置，釋放原來 head節點，返回現有位置的 data；

三、實現

相關數據結構

struct list_node_t {
    struct list_node_t *next;
    void *data;
};

typedef struct queue
{
    size_t max_size;
    size_t used_num;
    struct list_node_t *head;
    struct list_node_t *tail;
} queue_t;

初始化函數，對於生成圖1的空隊列，注意初始化時尾節點指向頭節點

queue_t *queue_alloc(size_t max_size)
{
    queue_t *pqueue = NULL;

    pqueue = calloc(1, sizeof(queue_t));
    if ( !pqueue ) { 
        return NULL;
    }   

    /* Head is nil */
    pqueue->head = calloc(1, sizeof(struct list_node_t));
    if ( !pqueue->head ) { 
        return NULL;
    }   

    pqueue->head->next = NULL;
    pqueue->head->data = NULL;

    /* Reset tail means empty */
    pqueue->tail = pqueue->head;

    pqueue->max_size = max_size;
    pqueue->used_num = 0;

    return pqueue;
}

入列操作，對於圖2的步驟，新增節點後加入到隊列尾

int queue_push(queue_t *pqueue, void *nill, void *pdata)
{
    struct list_node_t *pnode = NULL;

    if ( !pqueue ) {
        return FAILURE;
    }

    if ( queue_isfull(pqueue) ) {
        return FAILURE;
    }

    pnode = calloc(1, sizeof(struct list_node_t));
    if ( !pnode ) {
        return FAILURE;
    }

    pnode->data = pdata;
    pnode->next = NULL;

    pqueue->tail->next = pnode;
    pqueue->tail = pnode;
    pqueue->used_num++;

    return SUCCESS;
}

出列操作，對應圖3步驟，注意data數據爲外部維護的數據結構，隊列內部只做索引維護。

void *queue_pop(queue_t *pqueue)
{
    struct list_node_t *prev = NULL;

    if ( !pqueue ) {
        return NULL;
    }

    if ( queue_isempty(pqueue) ) {
        return NULL;
    }

    prev = pqueue->head;
    pqueue->head = pqueue->head->next;

    FREE_POINTER(prev);
    return pqueue->head->data;
}

四、總結

相比於數據隊列，鏈式隊列空間使用較少，同樣也可用於單生產者-單消費者的無鎖隊列實現。

注意data數據爲外部維護的數據，隊列內部只是做指針索引管理，並不進行內容的修改。