数据结构之循环队列

目录

一、循环队列的概念

二、设计循环队列

思路一：数组实现

 思路二：链表实现

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一、循环队列的概念

为充分利用向量空间，克服"假溢出"现象的方法是：将向量空间想象为一个首尾相接的圆环，并称这种向量为循环向量。存储在其中的队列称为循环队列（Circular Queue）。循环队列是把顺序队列首尾相连，把存储队列元素的表从逻辑上看成一个环，成为循环队列。

环形队列可以使用数组实现，也可以使用循环链表实现。
重点:循环队列，无论使用数组实现还是链表实现，都要多开一个空间，也就意味着，要是一个存k个数据的循环队列，要开k+1个空间，否则无法实现判空和满

数组实现:

 链表实现：

 

 

二、设计循环队列

622. 设计循环队列 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

题目：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。

思路一：数组实现

代码：

typedef struct 
{
    int* a;//数组
    int front;
    int tail;
    int k;
} MyCircularQueue;

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
    //创建一个循环队列
    MyCircularQueue* cq =  (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    //将循环多列中的成员初始化
    cq->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k+1));//数组创建为k+1个空间
    cq->front = cq->tail = 0;//为空
    cq->k = k;
    return cq;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value)
{
    //插入，首先要判断是否满
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    //没满就插入数值
    obj->a[obj->tail] = value;
    obj->tail++;
    //如果为尾元素，则要模除
    obj->tail %= (obj->k+1);
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{
    //删除则要判断是否为空
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    //删除front++
    obj->front++;
    //如果为尾元素，则要模除
    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;
    }
    //tail指向的是队尾元素的前一个节点，当tail == 0时，则队尾元素是第k个，其他的都是前一个节点
    if(obj->tail == 0)
    {
        return obj->a[obj->k];
    }
    else
    {
        return obj->a[obj->tail-1];
    }
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
    if(obj->front == obj->tail)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{
    if((obj->tail+1)%(obj->k+1) == obj->front)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

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);
*/

运行结果：

 思路二：链表实现

代码：

typedef struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
}Node;

typedef struct 
{
  Node* head;
  Node* tail;
} MyCircularQueue;


bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
     MyCircularQueue* cq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
     cq->head = (Node*)malloc(sizeof(Node));
     //k个元素要创建k+1个节点，所以再创建出k个节点的空间
     Node* cur = cq->head;
     while(k--)
     {
       cur->next = (Node*)malloc(sizeof(Node));
       cur = cur->next;
     }
     //将收尾连接，形成循环链表
     cur->next = cq->head;
     //初始化tail
     cq->tail= cq->head;
     return cq;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{
    //如果满了就返回false
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    //如果没满就进行插入数值
    obj->tail->data = value;
    obj->tail =obj->tail->next;
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{
    //如果为空，则返回false
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->head = obj->head->next;
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    return obj->head->data;
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
{
   if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    //队尾元素为tail的前一个节点的元素
    Node* cur = obj->tail;
    while(cur->next != obj->tail)
    {
        cur = cur->next;
    }
    return cur->data;//返回队尾元素
}


bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
    if(obj->head == obj->tail)
    {
        return true;
    }
    return false;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(obj->tail->next == obj->head)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
{
    Node* cur = obj->head;
    Node* next = obj->head;
    while(cur->next != obj->head)
    {
        next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    free(cur);
    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);
*/

运行结果：

 本文为本人对于循环链表的学习，如有问题，请评论区多多评论哈^_^