数据结构中的队列（queue）是什么，它有什么应用场景?

一、数据结构中的队列

介绍

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有较早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。

应用

队列的数组实现

队列可以用数组Q[1…m]来存储，数组的上界m即是队列所容许的最大容量。在队列的运算中需设两个指针：head，队头指针，指向实际队头元素；tail，队尾指针，指向实际队尾元素的下一个位置。一般情况下，两个指针的初值设为0，这时队列为空，没有元素。数组定义Q[1…10]。Q(i) i=3,4,5,6,7,8。头指针head=2，尾指针tail=8。队列中拥有的元素个数为:L=tail-head。现要让排头的元素出队，则需将头指针加1。即head=head+1这时头指针向上移动一个位置，指向Q(3)，表示Q(3)已出队。如果想让一个新元素入队，则需尾指针向上移动一个位置。即tail=tail+1这时Q(9)入队。当队尾已经处理在最上面时，即tail=10，如果还要执行入队操作，则要发生”上溢”，但实际上队列中还有三个空位置，所以这种溢出称为”假溢出”。

队列的链表实现

在队列的形成过程中，可以利用线性链表的原理，来生成一个队列。

基于链表的队列，要动态创建和删除节点，效率较低，但是可以动态增长。

队列采用的FIFO(first in first out)，新元素（等待进入队列的元素）总是被插入到链表的尾部，而读取的时候总是从链表的头部开始读取。每次读取一个元素，释放一个元素。所谓的动态创建，动态释放。因而也不存在溢出等问题。由于链表由结构体间接而成，遍历也方便。

队列的基本运算

（1）初始化队列：Init_Queue(q) ，初始条件：队q 不存在。操作结果：构造了一个空队；

（2）入队操作： In_Queue(q,x),初始条件：队q 存在。操作结果：对已存在的队列q，插入一个元素x 到队尾，队发生变化；

（3）出队操作： Out_Queue(q,x)，初始条件: 队q 存在且非空，操作结果：删除队首元素，并返回其值，队发生变化；

（4）读队头元素：Front_Queue(q,x)，初始条件: 队q 存在且非空，操作结果：读队头元素，并返回其值，队不变；

（5）判队空操作：Empty_Queue(q)，初始条件：队q 存在，操作结果：若q 为空队则返回为1，否则返回为0。

延伸阅读：

二、队列的特点

先进先出 First In First Out（FIFO）

InitQueue(&Q)：初始化队列，构造一个空队列Q。

DestroyQueue(&Q)：销毁队列。销毁并释放队列Q所占用的内存空间。

EnQueue(&Q,x)：入队，若队列Q未满，将x加入，使之成为新的队尾。

DeQueue(&Q,&x)：出队，若队列Q非空，删除队头元素，并用x返回。

GetHead(Q,&x)：读队头元素，若队列Q非空，则将队头元素赋值给x。

其他常用操作： QueueEmpty(Q)：判队列空，若队列Q为空返回true，否则返回false。