【数据结构】循环队列

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前言

在上一篇博客当中我们使用了单链表的形式来模拟队列，你会发现，当执行入队列操作时，我们动态开辟了许多的节点，在元素出队列时，我们进行大量头删，释放内存等操作。实际上浪费了许多的空间与时间。
顺序队列在使用过程中容易出现虚假的满状态， 为了解决这个问题，就产生了一个较巧妙的方法，将顺序队列臆造为一个环状的空间，称之为循环队列。循环队列中指针和队列元素之间的关系不变，我们只需要利用模运算就可以很容易实现指针的循环移动。但是循环队列中存在一个问题，在循环队列中只凭头指针front等于尾指针rear无法判别队列空间是“空”还是“满”，可有两种处理方法：其一是另设一个标志位以区别队列是“空”还是“满”；其二是少用一个元素空间，约定以“队列头指针在队列尾指针的下一位置(指环状的下一位置)上”作为队列呈“满”状态的标志。

一、循环队列的结构

循环队列的结构建议使用数组，它能更好的利用空间与位置，便于指针的循环。

假定：此队列最大容纳MaxSize个元素。
为了更好的区分空和满。循环队列最后一个空间第MaxSize+1位置保证为空NULL；

二、循环队列的操作

1.定义循环队列

//定义循环队列 
typedef struct MyCircularQueue
{
	int* a;//数组
	int front;//头
	int rear;//尾
	int MaxSize;//队列最大容量
}MCQueue;

2.创建循环队列

注意：创建数组,MaxSize + 1，多开辟一个空间。

//创建循环队列
MCQueue* MCQueueCreat(int MaxSize)
{
	//创建队列结构
	MCQueue* obj = (MCQueue*)malloc(sizeof(MCQueue));
	//创建数组,MaxSize + 1，多开辟一个空间。
	obj->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (MaxSize + 1));
	obj->front = 0;
	obj->rear = 0;
	obj->MaxSize = MaxSize;
	return obj;
}

3.判断满

判断为满：(rear+1) % (MaxSize+1) = front;
此时的MaxSize = 6；rear = 7; front = 0;
（6+1）%7=0 = 0；所以，满。
循环队列最后一个空间保证为空NULL；

//判断满
bool MCQueueIsFull(MCQueue* obj)
{
	return (obj->rear + 1) % (obj->MaxSize + 1) == obj->front;
}

4.判断空

此时满足条件front = rear;

//判断空 
bool MCQueueIsEmpty(MCQueue* obj)
{
	return obj->front == obj->rear;
}

5.入队

rear++在这种情况下将不能实现，需要取余求模
rear = (rear+1)%(MaxSize+1)
如图：

//入队
bool MCQueueIsIn(MCQueue* obj, int value)
{
	//判断是否为满 
	if (MCQueueIsFull(obj))
		return false;
	obj->rear = value;
	obj->rear = (obj->rear + 1) % (obj->MaxSize + 1);
	return true;
}

6.出队

出队列时面临的情况与入队时一样考虑。

//出队
bool MCQueueIsOut(MCQueue* obj)
{
	if (MCQueueIsEmpty(obj))
		return false;
	//删不删 front指向的元素无所谓 ，不影响
	obj->front = (obj->front+1)% (obj->MaxSize + 1);
	return true;
}

7.返回队列头元素

//返回队列头元素 
int ReturnFront(MCQueue* obj)
{
	//如果为空返回-1
	if (MCQueueIsEmpty(obj))
		return -1;
	return obj->a[obj->front];
}

8.返回队列尾元素

//返回队列尾元素
int ReturnRear(MCQueue* obj)
{
	//如果为空返回-1
	if (MCQueueIsEmpty(obj))
		return -1;
	int pos = (obj->rear + obj->MaxSize) % (obj->MaxSize + 1);
	return obj->a[pos];
}

9. 释放

//释放
void Free(MCQueue* obj)
{
	free(obj->a);
	free(obj);
}