设计循环队列(C++)

最近发现C++重要性,重新学习ing,发现好多都忘记了…还是要抓基础呢

一、为什么要用循环队列

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。

具体来说,我们可以使用固定大小的数组两个指针来指示起始位置和结束位置。 目的是重用我们之前提到的被浪费的存储。

让我们通过一个示例来查看循环队列的工作原理。 你应该注意我们入队或出队元素时使用的策略。

初始队列:head=tail=-1
设计循环队列(C++)_第1张图片
第一步:插入5(没插入一个元素tail指向下一个位置,如果是插入的第一个元素head也需要指向第一个元素)
设计循环队列(C++)_第2张图片
第二步:插入13
在这里插入图片描述
第三步:插入至队列满(tail在head前一个位置? 表示方法: (tail+1)%length==head
设计循环队列(C++)_第3张图片
第四步:出队(head指向下一个位置)
设计循环队列(C++)_第4张图片
设计循环队列(C++)_第5张图片
第五步:入队(这里体现了队列重复使用)
设计循环队列(C++)_第6张图片
第六步:重复出队至队空
只有一个元素时:head==tail
设计循环队列(C++)_第7张图片
队空:head=tail=-1
在这里插入图片描述
至此有没有找出我们用来检查队列是空还是满的策略呢?
这里提供一个公式:求队列长度:(tail+1-head+length)%length==head 记住这里tail和head都是从-1开始。

二、实现循环队列

实现应该支持如下操作:

  1. MyCircularQueue(k): 构造器,设置队列长度为 k 。
  2. Front: 从队首获取元素。如果队列为空,返回 -1 。
  3. Rear: 获取队尾元素。如果队列为空,返回 -1 。
  4. enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
  5. deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
  6. isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
  7. isFull(): 检查循环队列是否已满。

样例:
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

#include
#include
#include

using namespace std;

class MyCircularQueue{
    private:
        // the start position
        int head;
        // the end position
        int tail;
        int length;
        // store elements
        vector<int> data;

    public:
       MyCircularQueue(int len) {
           data.resize(len);
           length = len;
           head=-1;
           tail=-1;

        }
       // 入队列 tail 指针变化
       bool enQueue(int x){
            if(isFull()){
                return false;
            }
            if(isEmpty()){
                head=0;
            }
            tail = (tail+1)%length;
            data[tail]=x;
            return true;
       }
       // 出队 head 指针变化
       bool deQueue(){
            if(isEmpty()){
                return false;
            }
            if (head == tail) {
                head = -1;
                tail = -1;
                return true;
            }
            head = (head+1)%length;
            return true;
       }
       bool isEmpty(){
            return head==-1;
       }
       bool isFull(){
            return ((tail+1)%length)==head;
       }
       int Front(){
           if(isEmpty()){
                return -1;
           }
            return data[head];
       }
       int Rear(){
           if(isEmpty()){
                return -1;
           }
            return data[tail];
       }

};

int main()
{
    MyCircularQueue* obj = new MyCircularQueue(3);
    bool param_1 = obj->enQueue(1);
    bool param_2 = obj->enQueue(2);
    bool param_3 = obj->enQueue(3);
    bool param_4 = obj->enQueue(4);
    int param_5 = obj->Rear();
    bool param_6 = obj->isFull();
    bool param_7 = obj->deQueue();
    int param_8 = obj->enQueue(4);
    bool param_9 = obj->Rear();
    return 0;
}

有问题的地方欢迎指正!

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