队列：只允许在一端进行插入，在另一端进行删除的线性表。
链队列：使用链表实现的队列；具有队头指针和队尾指针，指示队列元素所在的位置。
链队列特性：
- 只能队尾插入元素、在队头删除元素。
- 先进先出（First In First Out）的线性表，先进入的元素出队，后进入的元素才能出队。
优点：
- 相比普通的队列，元素出队时无需移动大量元素，只需移动头指针。
- 可动态分配空间，不需要预先分配大量存储空间。
- 适合处理用户排队等待的情况。
缺点：
- 需要为表中的逻辑关系增加额外的存储空间。
时间复杂度
- 读取时的时间复杂度为O(1)。
- 插入、删除时的时间复杂度为O(1)。
队列示意图
空链队列示意图
链队列插入元素示意图
链队列删除元素示意图
实现代码如下：
// 队列（链队列）
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <math.h>
#define OK 1 // 执行成功
#define ERROR 0 // 执行失败
#define TRUE 1 // 返回值为真
#define FALSE 0 // 返回值为假
typedef int Status; // 函数返回结果类型
typedef int ElemType; // 元素类型
// 队列节点
typedef struct QNode {
ElemType data; // 元素值
struct QNode *next; // 指向下一个节点的指针
} QNode, *QueuePtr;
// 链队列结构
typedef struct {
QueuePtr front, rear; // 队头指针、队尾指针
} LinkQueue;
/**
* 初始化队列
* @param Q 队列
* @return 执行状态
*/
Status InitQueue(LinkQueue *Q) {
// 为队头和队尾指针分配内存
Q->front = Q->rear = (QueuePtr) malloc(sizeof(QNode));
// 内存分配失败，结束程序
if (!Q->front || !Q->rear) {
exit(OVERFLOW);
}
Q->front->next = NULL; // 队头节点指向NULL
return OK;
}
/**
* 销毁队列
* @param Q 队列
* @return 执行状态
*/
Status DestroyQueue(LinkQueue *Q) {
// 当队列中还有元素
while (Q->front) {
Q->rear = Q->front->next;// 队尾指针指向队头指针的下一个元素
free(Q->front); // 释放队头指针所在节点
Q->front = Q->rear; // 队头指针指向队尾指针（即原来的下一个元素）
}
return OK;
}
/**
* 清空队列
* @param Q 队列
* @return 执行状态
*/
Status ClearQueue(LinkQueue *Q) {
QueuePtr p, q; // p用来遍历队列节点，q用来指向被删除的节点
Q->rear = Q->front; // 队尾指针指向队头指针
p = Q->front->next; // p指向队头指针的下一个节点
Q->front->next = NULL; // 队头指针的下一个节点指向NULL（表示删除之后的所有元素）
// 当队列中还有元素，释放头节点之后的所有节点
while (p) {
q = p; // q节点指向被删除节点
p = p->next; // p指向队列的下一个节点
free(q); // 释放q节点
}
return OK;
}
/**
* 判断队列是否为空
* @param Q 队列
* @return 队列是否为空
*/
Status QueueEmpty(LinkQueue Q) {
// 头指针和尾指针位置相等，队列为空
if (Q.front == Q.rear) {
return TRUE;
} else {
return FALSE;
}
}
/**
* 获取队列长度
* @param Q 队列
* @return 队列长度
*/
int QueueLength(LinkQueue Q) {
int i = 0; // 用于统计队列长度的计数器
QueuePtr p; // 用于遍历队列的元素
p = Q.front; // p指向队头节点
// 当p没有移动到队尾指针位置
while (p != Q.rear) {
i++; // 计数器加1
p = p->next; // p移动到队列的下一个节点
}
return i; // 返回队列长度
}
/**
* 获取队列头元素
* @param Q 队列
* @param e 存储头元素值
* @return 执行状态
*/
Status GetHead(LinkQueue Q, ElemType *e) {
QueuePtr p;
// 队列为空，获取失败
if (Q.front == Q.rear) {
return ERROR;
}
p = Q.front->next; // p指向队列的第一个元素
*e = p->data; // 将队列头元素的值赋值给e元素
return OK;
}
/**
* 在队列的队尾处插入元素
* @param Q 队列
* @param e 插入元素值
* @return 执行状态
*/
Status EnQueue(LinkQueue *Q, ElemType e) {
// 给新节点分配空间
QueuePtr s = (QueuePtr) malloc(sizeof(QNode));
// 分配空间失败，结束程序
if (!s) {
exit(OVERFLOW);
}
s->data = e; // 将值赋值给新节点
s->next = NULL; // 新节点指向NULL
Q->rear->next = s; // 队尾指针的下一个元素指向新节点
Q->rear = s; // 队尾指针指向新节点（新节点成为队尾指针的指向的节点）
return OK;
}
/**
* 删除队头元素
* @param Q 队列
* @param e 存储出队元素的值
* @return 执行状态
*/
Status DeQueue(LinkQueue *Q, ElemType *e) {
QueuePtr p; // 用于指向被删除节点
// 队列为空，出队失败
if (Q->front == Q->rear) {
return ERROR;
}
p = Q->front->next; // p指向队列的第一个元素
*e = p->data; // 将队列头节点的值赋值给元素e
Q->front->next = p->next; // 头指针的下一个节点指向下下个节点（跳过头节点）
// 如果被删除节点是队尾指针指向的节点（删除后队列为空）
if (Q->rear == p) {
Q->rear = Q->front; // 队尾指针指向队头指针
}
free(p); // 释放队头节点
return OK;
}
/**
* 打印单个元素
* @param e 元素值
* @return 执行状态
*/
Status visit(ElemType e) {
printf("%d ", e);
return OK;
}
/**
* 遍历队列中的元素
* @param Q 队列
* @return 执行状态
*/
Status QueueTravel(LinkQueue Q) {
QueuePtr p; // 用于遍历队列中的节点
p = Q.front->next; // p指向头节点
printf("[ ");
// 当队列中还有元素
while (p) {
visit(p->data); // 打印当前节点的值
p = p->next; // p移动到队列下一个位置
}
printf("]\n");
return OK;
}
int main() {
Status status; // 执行状态
int j; // j用来遍历
ElemType e; // 元素值
LinkQueue Q; // 队列
/*** 初始化队列 ***/
InitQueue(&Q); // 初始化队列
printf("初始化队列后，队列是否为空？%s\n", QueueEmpty(Q) == TRUE ? "是" : "否");
/*** 向队列中插入10个元素 ***/
for (j = 1; j <=10; ++j) {
EnQueue(&Q, j); // 将元素j插入队列
}
printf("插入10个元素后队列的值为：");
QueueTravel(Q); // 遍历队列
printf("队列的长度为：%d\n", QueueLength(Q)); // 获取队列长度
printf("插入10个元素后，队列是否为空？%s\n", QueueEmpty(Q) == TRUE ? "是" : "否");
/*** 删除队列中的五个元素，并打印对应的值 ***/
printf("开始删除元素：\n");
for (j = 0; j < 5; ++j) {
DeQueue(&Q, &e); // 删除队头元素，将值存到e中
printf("元素%d出队\n", e);
}
printf("5个元素出队后，队列中的值为：");
QueueTravel(Q); // 遍历队列
printf("队列的长度为：%d\n", QueueLength(Q)); // 获取队列长度
/*** 获取队列头元素的值 ***/
status = GetHead(Q, &e); // 获取队列头元素
if (status) {
printf("队列头元素为：%d\n", e);
}
/*** 清空队列元素 ***/
ClearQueue(&Q); // 清空队列元素
printf("清空队列后，队列是否为空：%s\n", QueueEmpty(Q) == TRUE ? "是" : "否");
printf("队列中的元素为：");
QueueTravel(Q); // 遍历元素
return 0;
}
运行结果
