文章目录
- 前言
- 描述
- 分析
- 力扣AC代码
力扣： 622.设计循环队列
前言
队列会出现“假溢出”现象，即队列的空间有限，队列是在头和尾进行操作的，当元素个数已经达到最大个数时，队尾已经在空间的最后面了，但是对头前面的不一定是满的。针对这一现象，引入了循环队列。循环队列也是一种数据结构，小编在本篇文章中，是以力扣的一道题目为例来设计循环队列。
此时队尾rear已经到最后面了，但是队头front前面没有填满元素，因此并没有满
循环队列就是将队尾rear再次回到数组的前面，解决“假溢出”的现象
继续在队尾rear插入元素，直到真的满了
描述
设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。
循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。
你的实现应该支持如下操作：
- MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
- Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
- Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
- enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
- deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
- isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
- isFull(): 检查循环队列是否已满。
示例：
MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3 circularQueue.enQueue(1); // 返回 true circularQueue.enQueue(2); // 返回 true circularQueue.enQueue(3); // 返回 true circularQueue.enQueue(4); // 返回 false，队列已满 circularQueue.Rear(); // 返回 3 circularQueue.isFull(); // 返回 true circularQueue.deQueue(); // 返回 true circularQueue.enQueue(4); // 返回 true circularQueue.Rear(); // 返回 4
分析
在普通的队列中，队满的条件是rear==front，那么在循环队列中怎么判断队列已经满了？
常用的一个解决方法是，多开一个空间。也就是说，当队列满的时候，还是有一个空间没有被使用。
rear可能比front大，也可能比front所以尽管它们只相差一个位置时就是满的情，但也可能是相差整整一圈，所以若队列长度为k，那么需要多开辟一个空间，即k+1。因此，队满的额条件为(rear+1)%(k+1)==front。取模“％”的目的就是为了整合front和rear大小的问题，解决多绕了一圈的问题。
什么时候队列为空呢？
rear==front时队列为空。
总结一下就是：
- 当
rear==front时队列为空； - 当
rear的下一个和front相等，则队列满
分析完队满、对空问题，回到本道题目就很好解决了。
构造器：
MyCircularQueue* obj是一个结构体指针，需要给obj开辟一个空间，其次开辟一个数组a，初始化front 和 back 以及k
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
MyCircularQueue* obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
obj->a=(int *)malloc((k+1)*sizeof(int));
obj->front=0;
obj->back=0;
obj->k=k;
return obj;
}
判断队空、队满：
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
return obj->front==obj->back;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
return (obj->back+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}
队尾插入：
首先需要判断队列是否已经满了，如果满了返回false，如果没有，执行插入操作。先插入，再将队尾obj->back++。
需要注意的是，这里是一个循环队列，如果此时已经在最后一个单元里面插入元素，那么obj->back应该是回到前面，而不是继续往后。此时有需要用到取模“%”操作，使得 obj->back=(obj->back)%(obj->k+1)
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
if(myCircularQueueIsFull(obj))
return false;
obj->a[obj->back]=value;
obj->back++;
obj->back=(obj->back)%(obj->k+1);
return true;
}
队头删除：
删除只需要将obj->front++即可
但是依然需要注意，这是一个循环队列，当obj-front在最后一片单元时，需要回到前面，obj->front=(obj->front)%(obj->k+1)
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return false;
}
obj->front++;
obj->front=(obj->front)%(obj->k+1);
return true;
}
取队头元素：
先判断队列是否为空，不为空执行取队头操作
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
return obj->a[obj->front];
}
取队尾元素：
首先判断队列是否为空，不为空执行取队尾元素操作
需要注意的是，当obj->back==0时，此时取得应该是最后一个存储单元的元素，这里需要单独判断一下，其余的情况都是obj->back 前面一个单元的元素。
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){
return -1;
}
else if(obj->back==0)
{
return obj->a[obj->k];
}
else
{
return obj->a[obj->back-1];
}
}
销毁：
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
free(obj->a);
free(obj);
}
力扣AC代码
typedef struct {
int *a;
int front;
int back;
int k;
} MyCircularQueue;
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
MyCircularQueue* obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
obj->a=(int *)malloc((k+1)*sizeof(int));
obj->front=0;
obj->back=0;
obj->k=k;
return obj;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
return obj->front==obj->back;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
return (obj->back+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
if(myCircularQueueIsFull(obj))
return false;
obj->a[obj->back]=value;
obj->back++;
obj->back=(obj->back)%(obj->k+1);
return true;
}
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return false;
}
obj->front++;
obj->front=(obj->front)%(obj->k+1);
return true;
}
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
return obj->a[obj->front];
}
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){
return -1;
}
// return obj->a[(obj->back+obj->k)%obj->k+1];
else if(obj->back==0)
{
return obj->a[obj->k];
}
else
{
return obj->a[obj->back-1];
}
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
free(obj->a);
free(obj);
}
/**
* Your MyCircularQueue struct will be instantiated and called as such:
* MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(k);
* bool param_1 = myCircularQueueEnQueue(obj, value);
* bool param_2 = myCircularQueueDeQueue(obj);
* int param_3 = myCircularQueueFront(obj);
* int param_4 = myCircularQueueRear(obj);
* bool param_5 = myCircularQueueIsEmpty(obj);
* bool param_6 = myCircularQueueIsFull(obj);
* myCircularQueueFree(obj);
*/
