關於 C++ 隊列算法，你該瞭解這些【第二集：鏈式存儲隊列】

觀看本系列博文提醒：
你將學會隊列的兩種最基本的表現形式：順序存儲隊列 和 鏈式存儲隊列；
一個擴展隊列的使用方法：循環隊列；
兩個企業級隊列的應用：線性池中的任務隊列 和 優先鏈式存儲隊列。

隊列的原理

隊列是一種受限的線性表，(Queue)，它是一種運算受限的線性表,先進先出(FIFO First In First Out).

例如上圖中，圓球1先進，也是圓球1先出。

隊列是一種受限的線性結構

它只允許在表的前端（front）進行刪除操作，而在表的後端（rear）進行插入操作。
生活中隊列場景隨處可見: 比如在電影院, 商場, 或者廁所排隊。。。。。。

由上圖我們可以知道，隊列中有兩個“指針”，front指向隊首，rear指向隊尾；
至於length，他是整個隊列的總長度（因爲一個隊列他是有固定長度的）。

鏈式存儲隊列

隊列的鏈式存儲結構，其實就是線性表的單鏈表，只不過它只是尾進頭出而已，我們把它簡稱爲鏈隊列。
爲了操作上的方便，我們將隊頭指針指向鏈隊列的頭結點，而隊尾指針指向終端節點。

由上圖可知，front指針指向頭節點，rear指針指向尾節點。

因爲隊列的長度是有限的，所以我們可以給隊列的長度定義一個宏：
#define MaxSize 5 // 隊列的最大容量

隊列的定義

typedef int DateType;	// 隊列中元素的類型

typedef struct _QNode {	// 節點結構
	DateType date;
	struct _QNode* next;
}QNode;

typedef QNode* QueuePar;	// 節點的指針類型

typedef struct Queue {	// 定義鏈表隊列
	int lenght;		// 隊列的長度
	QueuePar front;	// 隊頭指針
	QueuePar rear;	// 隊尾指針
}LinkQueue;

DateType 是隊列的存儲類型
QueuePar 是節點的指針類型

我們需要先定義出節點，然後才能根據節點定義出鏈表隊列。

隊列的初始化

// 隊列的初始化
bool inItLinkQueue(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	LQ->lenght = 0;		// 隊列長度值爲零
	LQ->front = LQ->rear = NULL;	// 把隊首和隊尾指針指向NULL
	return true;
}

空隊列就是頭指針front和尾指針rear都是指向NULL。而且他的長度length等於0.

判斷隊列是否爲空

// 判斷隊列是否爲空
bool estimateLinkQueueEmpty(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (!LQ->front) {
		return true;
	}

	return false;
}

判斷條件也很簡單，只需要判斷頭指針是否指向NULL就可以了。如上圖。
因爲空隊列頭指針front和尾指針rear都是指向NULL。而且他的長度length等於0.

判斷隊列是否已滿

// 判斷隊列是否已滿
bool estimateLinkQueuefull(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (LQ->lenght == MaxSize) {
		return true;
	}

	return false;
}

隊列中有一個變量時用於統計隊列的元素個數的，只需要將他與隊列的存儲僅限長度作比較，就可以得出隊列是否已滿！

入隊，將元素插入隊列中

// 入隊，將元素插入隊列中
bool linkQueueInsertValue(LinkQueue*& LQ, DateType date) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueuefull(LQ)) {
		cout << "隊列已滿！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* NQ = new QNode;	// 新建節點
	NQ->date = date;		// 節點的值被賦值
	NQ->next = NULL;		// 因爲是最後一個節點，所以next指向NULL

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {	// 如果鏈表爲空
		LQ->front = LQ->rear = NQ;	// 隊首指針與隊尾指針都要指向新插入的節點
	} else {	// 鏈表不爲空的情況
		LQ->rear->next = NQ;	// 在隊尾插入節點(舊隊尾節點和新隊尾節點連起來)
		LQ->rear = NQ;			// 隊尾指向新插入的節點
	}
	LQ->lenght += 1;	// 隊列元素加一

	return true;
}

入隊他有兩種情況：

隊列爲空

因爲我們傳入的是待插入的元素，所以我們先創建一個新的節點。
隊列插入元素後，隊首指針和隊尾指針都要指向第一個元素（如上圖）。
然後length自增一。
隊列不爲空

因爲我們傳入的是待插入的元素，所以我們先創建一個新的節點.
頭指針不需要動。尾指針rear的next需要指向新插入的節點，然後尾節點在指向新插入的節點。
然後length自增一。

請注意理解好：插入前尾節點rear的next是指向NULL的，所以得將next指向新插入的節點（將兩個節點鏈起來），然後再將尾節點指向新插入的節點。
這兩個步驟弄完後，rear有從新指向新插入的尾節點，那麼他的next就爲NULL。

出隊，刪除隊首

// 出隊，刪除隊首
bool deleteLinkQueueFront(LinkQueue*& LQ, DateType* date) {	// 參數二：保存刪除的數據返回
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！刪除失敗！" << endl;
		return false;
	}

	if (!date) {
		cout << "指針date爲空！" << endl;
		return false;
	}

	*date = LQ->front->date;	// 保存出隊的元素返回
	QNode* tem = LQ->front;	// 定義臨時節點指向頭指針

	LQ->front = tem->next;	// 指向自己的下一個節點
	if (!LQ->front) {	// 如果頭指針爲NULL，說明隊列中已經沒有節點了
		LQ->rear = NULL;// 尾指針也要指向NULL
	}
	LQ->lenght -= 1;	// 隊列長度要減一

	delete tem;	// 釋放掉原來的頭指針

	return true;
}

首先呢，我們需要創建一個臨時的節點，讓其指向頭節點。
然後隊首指針指向自己的下一個節點。
我們得先判斷現在的隊首指針是否爲NULL（如果隊列只有一個節點的話，那麼隊首指針和隊尾指針都是指向他的，而他們的next下一個節點都是NULL）。所以當條件成立時，隊列是已經沒有節點的了，所以隊尾指針也得指向NULL。
將臨時節點delete釋放掉。
最後再將length自減一。

獲取隊列的首元素

// 獲取隊列的首元素
bool aginLinkQueueFrontValue(LinkQueue*& LQ, DateType* date) {	// 參數二：保存首數據返回
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！獲取失敗！" << endl;
		return false;
	}

	if (!date) {
		cout << "指針date爲空！" << endl;
		return false;
	}

	*date = LQ->front->date;
	return true;
}

也就是和刪除隊首差不多的代碼，只是獲取元素不需要後面的刪除操作而已。

修改隊列中任意位置的值

// 修改隊列中任意位置的值
bool alterLinkQueueValue(LinkQueue*& LQ, int i, DateType date) {	// 參數二：修改位置；參數三：修改後的值
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！獲取失敗！" << endl;
		return false;
	}

	if (!date) {
		cout << "指針date爲空！" << endl;
		return false;
	}

	if (i < 0 || i > LQ->lenght) {
		cout << "i值不合法！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* tem = LQ->front;	// 定義臨時節點指向隊首指針

	for (int j = 1; j < LQ->lenght + 1; j++) {
		if (i == j) {
			tem->date = date;
			return true;
		}

		tem = tem->next;
	}

	return false;
}

定義臨時指針指向隊首指針，用於循環遍歷。當找到相對位置時，將該位置節點的值修改後就行了。

輸出隊列中的元素

// 輸出隊列中的元素
bool linkQueuePrint(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！輸出失敗！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* tem = LQ->front;	// 定義臨時節點指向隊首指針

	while (tem) {
		cout << tem->date << "\t";
		tem = tem->next;
	}
	cout << endl;

	return true;
}

定義臨時節點指向隊首指針，使用while循環遍歷，將全部元素都輸出！

清空隊列

// 清空隊列
bool clearLinkQueue(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* tem = LQ->front;

	while (tem) {
		tem = tem->next;
		delete LQ->front;
		LQ->front = tem;
	}

	LQ->front = LQ->rear = NULL;
	LQ->lenght = 0;

	return true;
}

定義臨時節點指向隊首指針，while循環遍歷隊列；

臨時節點首先指向自己的下一個節點；
釋放第一個節點；
再將臨時節點賦值給釋放掉的空節點；
while循環結束後，還得將隊首指針和隊尾指針都指向NULL；
最後再將length賦值0.

測試代碼：

#include <iostream>
#include <Windows.h>

using namespace std;

#define MaxSize 5	// 隊列的最大容量

typedef int DateType;	// 隊列中元素的類型

typedef struct _QNode {	// 節點結構
	DateType date;
	struct _QNode* next;
}QNode;

typedef QNode* QueuePar;

typedef struct Queue {
	int lenght;		// 隊列的長度
	QueuePar front;	// 隊頭指針
	QueuePar rear;	// 隊尾指針
}LinkQueue;

// 隊列的初始化
bool inItLinkQueue(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	LQ->lenght = 0;		// 隊列長度值爲零
	LQ->front = LQ->rear = NULL;	// 把隊首和隊尾指針指向NULL
	return true;
}

// 判斷隊列是否爲空
bool estimateLinkQueueEmpty(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (!LQ->front) {
		return true;
	}

	return false;
}

// 判斷隊列是否已滿
bool estimateLinkQueuefull(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (LQ->lenght == MaxSize) {
		return true;
	}

	return false;
}

// 入隊，將元素插入隊列中
bool linkQueueInsertValue(LinkQueue*& LQ, DateType date) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueuefull(LQ)) {
		cout << "隊列已滿！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* NQ = new QNode;	// 新建節點
	NQ->date = date;		// 節點的值被賦值
	NQ->next = NULL;		// 因爲是最後一個節點，所以next指向NULL

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {	// 如果鏈表爲空
		LQ->front = LQ->rear = NQ;	// 隊首指針與隊尾指針都要指向新插入的節點
	} else {	// 鏈表不爲空的情況
		LQ->rear->next = NQ;	// 在隊尾插入節點(舊隊尾節點和新隊尾節點連起來)
		LQ->rear = NQ;			// 隊尾指向新插入的節點
	}
	LQ->lenght += 1;	// 隊列元素加一

	return true;
}

// 出隊，刪除隊首
bool deleteLinkQueueFront(LinkQueue*& LQ, DateType* date) {	// 參數二：保存刪除的數據返回
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！刪除失敗！" << endl;
		return false;
	}

	if (!date) {
		cout << "指針date爲空！" << endl;
		return false;
	}

	*date = LQ->front->date;
	QNode* tem = LQ->front;	// 定義臨時節點指向頭指針

	LQ->front = tem->next;	// 指向自己的下一個節點
	if (!LQ->front) {	// 如果頭指針爲NULL，說明隊列中已經沒有節點了
		LQ->rear = NULL;// 尾指針也要指向NULL
	}
	LQ->lenght -= 1;	// 隊列長度要減一

	delete tem;	// 釋放掉原來的頭指針

	return true;
}

// 獲取隊列的首元素
bool aginLinkQueueFrontValue(LinkQueue*& LQ, DateType* date) {	// 參數二：保存首數據返回
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！獲取失敗！" << endl;
		return false;
	}

	if (!date) {
		cout << "指針date爲空！" << endl;
		return false;
	}

	*date = LQ->front->date;
	return true;
}

// 修改隊列中任意位置的值
bool alterLinkQueueValue(LinkQueue*& LQ, int i, DateType date) {	// 參數二：修改位置；參數三：修改後的值
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！獲取失敗！" << endl;
		return false;
	}

	if (!date) {
		cout << "指針date爲空！" << endl;
		return false;
	}

	if (i < 0 || i > LQ->lenght) {
		cout << "i值不合法！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* tem = LQ->front;	// 定義臨時節點指向隊首指針

	for (int j = 1; j < LQ->lenght + 1; j++) {
		if (i == j) {
			tem->date = date;
			return true;
		}

		tem = tem->next;
	}

	return false;
}

// 輸出隊列中的元素
bool linkQueuePrint(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	if (estimateLinkQueueEmpty(LQ)) {
		cout << "鏈表爲空！輸出失敗！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* tem = LQ->front;	// 定義臨時節點指向隊首指針

	while (tem) {
		cout << tem->date << "\t";
		tem = tem->next;
	}
	cout << endl;

	return true;
}

// 清空隊列
bool clearLinkQueue(LinkQueue*& LQ) {
	if (!LQ) {
		cout << "隊列不存在！" << endl;
		return false;
	}

	QNode* tem = LQ->front;

	while (tem) {
		tem = tem->next;
		delete LQ->front;
		LQ->front = tem;
	}

	LQ->front = LQ->rear = NULL;
	LQ->lenght = 0;

	return true;
}

int main(void) {
	LinkQueue* LQ = new LinkQueue;
	DateType date = 0;

	// 初始化隊列
	inItLinkQueue(LQ);

	// 插入元素
	for (int i = 0; i < 7; i++) {
		linkQueueInsertValue(LQ, i*6);
	}
	linkQueuePrint(LQ);

	cout << endl;

	// 出隊，刪除隊首
	if (deleteLinkQueueFront(LQ, &date)) {
		cout << "出隊成功！出隊元素是：" << date << endl;
	}
	linkQueuePrint(LQ);

	cout << endl;

	// 獲取隊列的首元素
	if (aginLinkQueueFrontValue(LQ, &date)) {
		cout << "獲取成功！隊首數據爲：" << date << endl;
	}
	linkQueuePrint(LQ);

	cout << endl;

	// 修改隊列中任意位置的值
	if (alterLinkQueueValue(LQ, 3, 666)) {
		cout << "修改成功！" << endl;
	}
	linkQueuePrint(LQ);
	cout << endl;

	/*if (alterLinkQueueValue(LQ, 5, 666)) {
		cout << "修改成功！" << endl;
	}
	linkQueuePrint(LQ);
	cout << endl;*/

	// 清空鏈表
	if (clearLinkQueue(LQ)) {
		cout << "清空成功！" << endl;
	}
	linkQueuePrint(LQ);

	system("pause");
	return 0;
}

總結：
操作並不是很複雜，和單向鏈表一模一樣。
只要不被指針給搞混就好！

注意：由於一篇博客內容太多，所以我將會把他分成幾篇進行講解！

祝各位學習愉快！

下集預告：
你將學會隊列的一個企業級應用：線性池中的任務隊列；
請持續關注！

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出隊，刪除隊首

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修改隊列中任意位置的值

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