优化后队列的实现(C语言实现)

    上一篇中的队列的定义与实现(C语言实现) 中，无论是顺序队列还是链式队列，在尾加和删除头部的操作时，总有一个时间复杂度让人不满意。比如在顺序队列中，删除头部的操作后，总要将后面所有的结点都向前移动一位，这里消耗的较大的；又如在在链式队列中，尾加结点时，为了寻找到最后一位结点，要遍历整个队列，时间复杂度同样是O(n)。

为此，这里需要做出一些改变。其中严蔚敏老师的数据结构书中就是这么干的。

循序队列的优化方案：

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 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++

头文件：

#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);

void* SeqQueue_Retrieve(SeqQueue* queue);

void* SeqQueue_Header(SeqQueue* queue);

int SeqQueue_Length(SeqQueue* queue);

int SeqQueue_Capacity(SeqQueue* queue);

#endif


源文件：
// 优化的顺序队列.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"

#include "SeqQueue.h"
#include <stdlib.h>

typedef unsigned int TSeqQueueNode;

typedef struct _tag_SeqQueue
{
int capacity;
int length;
int front;
int rear;
TSeqQueueNode* node;
} TSeqQueue;

SeqQueue* SeqQueue_Create(int capacity)
{
TSeqQueue* ret = NULL;
if (capacity > 0)
{
ret = (TSeqQueue*)malloc(sizeof(TSeqQueue) + sizeof(TSeqQueueNode) * capacity);
}
if (NULL != ret)
{
ret->capacity = capacity;
ret->front = 0; //代表队头的下标
ret->length = 0; //长度
ret->node = (TSeqQueueNode*)(ret + 1); //指向的结点
ret->rear = 0; //队尾下一个结点的下标
}
return ret;
}

void SeqQueue_Destroy(SeqQueue* queue)
{
free(queue);
}

void SeqQueue_Clear(SeqQueue* queue)
{
TSeqQueue* sQueue = (TSeqQueue*)queue;
if (NULL != sQueue)
{
sQueue->front = 0; //代表队头的下标
sQueue->length = 0; //长度
sQueue->rear = 0; //队尾下一个结点的下标
}
}
//在尾部插入
int SeqQueue_Append(SeqQueue* queue, void* item)
{
TSeqQueue* sQueue = (TSeqQueue*)queue;
int ret = 0;
if ((NULL != sQueue) && (NULL != item) && (sQueue->length+1 <= sQueue->capacity))
{
ret = 1;
sQueue->node[sQueue->rear] = (TSeqQueueNode)item;
sQueue->rear = (sQueue->rear + 1) % sQueue->capacity;
sQueue->length++ ;
}
return ret;
}

//删除头部
void* SeqQueue_Retrieve(SeqQueue* queue)
{
TSeqQueue* sQueue = (TSeqQueue*)queue;
void* ret = SeqQueue_Header(queue);

if( ret != NULL )
{
sQueue->front = (sQueue->front + 1) % sQueue->capacity;

sQueue->length--;
}

return ret;
}

//获得头部
void* SeqQueue_Header(SeqQueue* queue)
{
TSeqQueue* sQueue = (TSeqQueue*)queue;
void* ret = NULL;
if ((NULL != sQueue) && (sQueue->length > 0))
{
ret = (void*)(sQueue->node[sQueue->front]);
}
return ret;
}

int SeqQueue_Length(SeqQueue* queue)
{
TSeqQueue* sQueue = (TSeqQueue*)queue;
int ret = -1;

if( sQueue != NULL )
{
ret = sQueue->length;
}

return ret;
}

int SeqQueue_Capacity(SeqQueue* queue)
{
TSeqQueue* sQueue = (TSeqQueue*)queue;
int ret = -1;

if( sQueue != NULL )
{
ret = sQueue->capacity;
}

return ret;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
SeqQueue* queue = SeqQueue_Create(20);
int a[10] = {0};
int i = 0;

for(i=0; i<10; i++)
{
a[i] = i + 1;

SeqQueue_Append(queue, a + i);
}

printf("Header: %d\n", *(int*)SeqQueue_Header(queue));
printf("Length: %d\n", SeqQueue_Length(queue));
printf("Capacity: %d\n", SeqQueue_Capacity(queue));

while( SeqQueue_Length(queue) > 0 )
{
printf("Retrieve: %d\n", *(int*)SeqQueue_Retrieve(queue));
}

SeqQueue_Destroy(queue);

system("pause");
return 0;
}



运行结果：

Header: 1
Length: 10
Capacity: 20
Retrieve: 1
Retrieve: 2
Retrieve: 3
Retrieve: 4
Retrieve: 5
Retrieve: 6
Retrieve: 7
Retrieve: 8
Retrieve: 9
Retrieve: 10
请按任意键继续. . .


=========================================================================
链式队列的优化：

定义front指针始终指向链表中的第一个结点

定义rear指针始终指向链表中的最后一个结点

入队时将新元素通过rear插入队尾， 且将rear指向新元素

头文件：

#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


源文件：
// 优化的链式队列.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <malloc.h>
#include <stdlib.h>
#include "LinkQueue.h"

typedef struct _tag_LinkQueueNode TLinkQueueNode;
struct _tag_LinkQueueNode
{
TLinkQueueNode* next;
void* item;
};

typedef struct _tag_LinkQueue
{
TLinkQueueNode* front;
TLinkQueueNode* rear;
int length;
} TLinkQueue;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

LinkQueue* queue = LinkQueue_Create();
int a[10] = {0};
int i = 0;

for(i=0; i<10; i++)
{
a[i] = i + 1;

LinkQueue_Append(queue, a + i);
}

printf("Header: %d\n", *(int*)LinkQueue_Header(queue));
printf("Length: %d\n", LinkQueue_Length(queue));

while( LinkQueue_Length(queue) > 0 )
{
printf("Retrieve: %d\n", *(int*)LinkQueue_Retrieve(queue));
}

LinkQueue_Destroy(queue);

system("pause");
return 0;
}

LinkQueue* LinkQueue_Create()
{
TLinkQueue* ret = (TLinkQueue*)malloc(sizeof(TLinkQueue));
if (NULL != ret)
{
ret->front = NULL;
ret->length = 0;
ret->rear = NULL;
}
return ret;
}
void LinkQueue_Destroy(LinkQueue* queue) // O(n)
{
LinkQueue_Clear(queue);
free(queue);
}

void LinkQueue_Clear(LinkQueue* queue) // O(n)
{
while( LinkQueue_Length(queue) > 0 )
{
LinkQueue_Retrieve(queue);
}
}

int LinkQueue_Append(LinkQueue* queue, void* item)
{
TLinkQueue * sQueue= (TLinkQueue*)queue;
TLinkQueueNode * node = (TLinkQueueNode*)malloc(sizeof(TLinkQueueNode));
int ret = 0;
if ((NULL != queue) && (NULL != item) && (NULL != node))
{
ret = 1;
node->item = item;
if (sQueue->length > 0)
{
sQueue->rear->next = node;
sQueue->rear = node;
node->next = NULL;
}
else
{
sQueue->front = node;
sQueue->rear = node;
node->next = NULL;
}
sQueue->length++;
}
if( !ret )
{
free(node);
}

return ret;
}

void* LinkQueue_Retrieve(LinkQueue* queue)
{
TLinkQueue* sQueue = (TLinkQueue*)queue;
TLinkQueueNode* node = NULL;
void* ret = NULL;

if( (sQueue != NULL) && (sQueue->length > 0) )
{
node = sQueue->front;

sQueue->front = node->next;

ret = node->item;

free(node);

sQueue->length--;

if( sQueue->length == 0 )
{
sQueue->front = NULL;
sQueue->rear = NULL;
}
}

return ret;

}
void* LinkQueue_Header(LinkQueue* queue) // O(1)
{
TLinkQueue* sQueue = (TLinkQueue*)queue;
void* ret = NULL;

if( (sQueue != NULL) && (sQueue->length > 0) )
{
ret = sQueue->front->item;
}

return ret;
}

int LinkQueue_Length(LinkQueue* queue) // O(1)
{
TLinkQueue* sQueue = (TLinkQueue*)queue;
int ret = -1;

if( sQueue != NULL )
{
ret = sQueue->length;
}

return ret;
}


运行结果：
Header: 1
Length: 10
Retrieve: 1
Retrieve: 2
Retrieve: 3
Retrieve: 4
Retrieve: 5
Retrieve: 6
Retrieve: 7
Retrieve: 8
Retrieve: 9
Retrieve: 10
请按任意键继续. . .

如有错误，望不吝指出。