【LeetCode】数据结构题解（13）[设计循环链表]

所属专栏：玩转数据结构题型❤️
>博主首页：初阳785❤️
>代码托管：chuyang785❤️
>感谢大家的支持，您的点赞和关注是对我最大的支持！！！❤️
>博主也会更加的努力，创作出更优质的博文！！❤️
>关注我，关注我，关注我，重要的事情说三遍！！！！！！！！❤️

1.题目来源

LeetCode 设计循环链表

2.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：
  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。

3.解题思路

• 所谓循环队列，指的就是开辟的空间可以重复利用，这个有点类似于在一个圈里你追我赶的样子，所以我们可以定义追的变量front，一个跑的变量rear，当每添加一个数据时rear就走一步，每删除一个数据的时候front就走一步，而front与rear之间的距离就是元素的个数，而只要元素个数小于我们的开辟的空间就说明还可以添加数据。

• 我们分析一下题目给我们的要求是，给定固定长度的环元素个数，要返回队首和队尾的元素，以及判断是否满了，是否是空，而当我们观察上面的图后会发现，如果我们实现函数用的时队列的话，那必须是一个循环队列，而如果要返回队首元素的话是比较简单的，但是如果要返回队尾元素的话就不好找rear的前一个数据，而且再判断是否满以及是否为空的时候不好确定，因为满和空front都等于rear。

*所以思来想去我们不妨不使用队列，我们使用数组来实现这一操作。而且为了区分满和为空，我们想到了一个特别的方法，就是多开一个空间，这块空间不存放数据，这样子当front = = rear 的时候就是为空的时候，当rear+1 = = front 的时候就是为满的时候。而且这个时候返回队头和队尾的数据都是比较简单的。但是这有个问题，那就是数组怎么实循环？这个时候就要用到取模操作了，当rear走到多开的那个空间的时候，如果还能还能进行添加数据，那么rear就要回到数组下标为0处的空间，也就是rear = rear%(k+1)，同理front = front%(k+1)，这个样子就实现了数组循环。那怎么判断满了呢？就是判断rear的下一个是不是front那就是(rear+1)%(k+1) == front如果相等就是满了，反之没有满。

• 同时解释一下我们oj刷题的时出现的一些一些疑问

typedef struct {

} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {

}

这个是我们题目出现的函数接口，我来解释一下表示什么意思。

1. 我们分析过了要定义两个变量，front和rear同时还有一个固定长度k，而我们通常遇到这种两个及以上的要使用的成员时，为了减少传递的参数，以及代码的可读性，简洁性，我们通常会用一个结构体把他们封装起来，并且这个结构体还是个匿名结构体，匿名结构体的特点就是只能用一次，这里我们只需要使用一次即可，所以匿名合理。
2. 而另一个函数接口是用来初始化我们的结构体的，并返回结构体指针。

4.代码展示

typedef struct {
	//a用来开辟数组
    int* a;
    int front;
    int rear;
    int k;
} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* ret = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    ret->a =(int*)malloc((k+1)*sizeof(int));
    ret->front = ret->rear = 0;
    ret->k = k;
    return ret;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
	//如果相等数组为空
    return (obj->front) == (obj->rear);
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
	//如果rear的下一个是front说明满了
    return (obj->rear+1)%(obj->k+1) == obj->front;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->rear == 0 ? obj->a[obj->k] : obj->a[obj->rear-1];
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if (myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    
    obj->a[obj->rear] = value;
    obj->rear++;
    //设计循环数组
    obj->rear %= (obj->k+1);

    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
    
    obj->front++;
    //设计循环数组
    obj->front %= (obj->k+1);
    
    return true;
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);
    free(obj);
}