数据结构和算法学习记录——设计循环队列（数组实现循环队列）核心思路、题解过程、完整题解
目录
题目描述
题目示例
核心思路
链表实现
数组实现
重点
题解过程
结构体类型定义
创建一个循环队列并初始化
判断循环队列为空或为满
入队列函数
出队列函数
取队头数据
取队尾数据
销毁循环队列
完整题解
题目来源：力扣
题目描述
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。
题目示例
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
核心思路
循环队列可以用链表实现，也可以用数组实现。
链表实现
数组实现
重点
无论使用数组实现还是链表实现，循环队列都是需要多开一个空间。也就是说，当我们需要存n个数据，那使用循环队列的话，就要开n+1个空间，否则无法判断队列为空以及队列为满。
head指向头，tail指向尾，n表示循环队列能存储多少个数据。
数组循环列队
判空条件：head == tail
判满条件：head == （tail+1） %（n+ 1）
（例如：一个循环队列能存储3个数据，那么它循环队列满的情况下，tail指向的位置就是第五个，下标为3； （3（tail） + 1） % （3（n） + 1）） = 0 == head）
链表循环队列
判空条件：head == tail
判满条件：head == tail-> next
题解过程
数组实现
结构体类型定义
因为循环队列的大小题目要求中是在创建队列函数中进行malloc的，所以我们设计结构体时，就创建指针变量，用于后面存储函数中malloc的地址；创建两个下标，分别指向头和尾；创建一个变量记录循环队列的存储容量。
typedef struct
{
int * a;
int head;
int tail;
int k;
} MyCircularQueue;
创建一个循环队列并初始化
先开辟一个循环队列结构体大小的空间，再开辟循环队列结构体内部数组大小的空间；并进行初始化。
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k)
{
MyCircularQueue* cq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
cq->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));
cq->head = cq->tail = 0;
cq->k = k;
return cq;
}判断循环队列为空或为满
根据前面判空判满的条件直接写即可
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
return obj->head == obj->tail;
}bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj)
{
return (obj->tail+1) % (obj->k+1) == obj->head;
}入队列函数
判断队列是否为满，为满的话直接返回false；不为满则插入数据后，++tail，同时++tail时会有两种情况：
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value)
{
if(myCircularQueueIsFull(obj))
return false;
obj->a[obj->tail] = value;
(obj->tail)++;
obj->tail %= (obj->k+1);
return true;
}出队列函数
思路与入队列是一致的，只不过移动的从tail变成head，换成用head来操作即可。
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj)
{
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return false;
(obj->head)++;
obj->head %= (obj->k+1);
return true;
}取队头数据
取队头很简单，head指向的就是队头的数据。注意题目要求：循环队列为空的话就返回-1。
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj)
{
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
else
return obj->a[obj->head];
}
取队尾数据
取队尾会有两种情况：
情况二可以有两种解决方法：
- 判断 当tail == 0时，取数组下标为n的数据
- 作统一计算处理，建立一个下标变量i，i = （tail + n）%（n+1）。取下标为i的数据即为队尾数据。 例：取情况一的队尾-> i = (3 + 3) % (3 + 1) = 2,下标为2的数据正是队尾数据[3]； 再取情况二的队尾-> i = (0 + 3) % (3 + 1) = 3,下标为3的数据正是队尾数据[4]。
//第一种
// int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)
// {
// if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
// return -1;
// if(obj->tail == 0)
// return obj->a[obj->l];
// else
// return obj->a[obj->tail-1];
// }
//第二种
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)
{
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
else
{
int i = ((obj->tail)+(obj->k)) % ((obj->k)+1);
return obj->a[i];
}
}
销毁循环队列
注意是有两层的空间需要free，由内到外free即可。
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj)
{
free(obj->a);
free(obj);
}完整题解
typedef struct
{
int * a;
int head;
int tail;
int k;
} MyCircularQueue;
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k)
{
MyCircularQueue* cq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
cq->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));
cq->head = cq->tail = 0;
cq->k = k;
return cq;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
return obj->head == obj->tail;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj)
{
return (obj->tail+1) % (obj->k+1) == obj->head;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value)
{
if(myCircularQueueIsFull(obj))
return false;
obj->a[obj->tail] = value;
(obj->tail)++;
obj->tail %= (obj->k+1);
return true;
}
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj)
{
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return false;
(obj->head)++;
obj->head %= (obj->k+1);
return true;
}
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj)
{
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
else
return obj->a[obj->head];
}
//第一种
// int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)
// {
// if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
// return -1;
// if(obj->tail == 0)
// return obj->a[obj->l];
// else
// return obj->a[obj->tail-1];
// }
//第二种
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)
{
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
else
{
int i = ((obj->tail)+(obj->k)) % ((obj->k)+1);
return obj->a[i];
}
}
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);
*/end
学习自：比特徐靖杭——数据结构与算法课程