Leetcode刷题之 【设计循环队列】

1 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。

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

提示：

所有的值都在 0 至 1000 的范围内；
操作数将在 1 至 1000 的范围内；
请不要使用内置的队列库。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/design-circular-queue
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权，非商业转载请注明出处。

2 思路

由于是循环队列，也就是说当前的数据结构是一个环且是线性数据结构，所以使用数组可以实现，只需要对下标取模即可完成环形取值，需要注意一下几点：

• 由于是一个环，为了能够判断队列是否为空/满，真正有效的空间应该是k-1
• r尾指针总是指向当前队列尾部的下一个元素
• f==r，头指针和尾指针相等表示队列为空
• f==(r+1)%k当尾指针的下一个又循环到队头时，表示队列已经满了

3 Java代码

package utils;

import java.util.Arrays;

public class MyCircleQueue {
    /**
     * Initialize your data structure here. Set the size of the queue to be k.
     */

    private int[] a;
    private int k;
    private int f, r; // 头指针和尾指针

    public MyCircleQueue(int k) {
        this.k = k+1;
        this.f = this.r = 0;
        this.a = new int[this.k];
    }

    /**
     * Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful.
     */
    public boolean enQueue(int value) {
        if (isFull()) { //判断队列是否满
            return false;
        }
        this.a[this.r] = value;
        this.r = (this.r+1) % this.k;
        return true;
    }

    /**
     * Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful.
     */
    public boolean deQueue() {
        if (isEmpty()) {  //队列为空
            return false;
        }
        this.f = (1+this.f) % this.k;
        return true;
    }

    /**
     * Get the front item from the queue.
     */
    public int Front() {
        if (isEmpty())
            return -1;
        return this.a[this.f];
    }

    /**
     * Get the last item from the queue.
     */
    public int Rear() {
        if (isEmpty())
            return -1;
        return this.a[(this.r-1+this.k)%this.k];  //this.r-1+this.k  为了防止r==0时出现-1的下标越界的异常
    }

    /**
     * Checks whether the circular queue is empty or not.
     */
    public boolean isEmpty() {
        return this.f==this.r;
    }

    /**
     * Checks whether the circular queue is full or not.
     */
    public boolean isFull() {
        return this.f==(this.r+1)%this.k;
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyCircleQueue circularQueue = new MyCircleQueue(3); // 设置长度为 3

        System.out.println(circularQueue.enQueue(3)); // 返回 true
        System.out.println(circularQueue.enQueue(9));// 返回 true
        System.out.println(circularQueue.enQueue(5));// 返回 true
        System.out.println(circularQueue.enQueue(0));// 返回 false
        System.out.println(circularQueue.Rear());//5
        System.out.println(circularQueue.isFull());//true
        System.out.println(circularQueue.deQueue());//true
        System.out.println(circularQueue.isFull());//false
        System.out.println(circularQueue.Front());//9
        System.out.println(circularQueue.Rear());//5
        System.out.println(circularQueue.enQueue(0));// 返回 true
        System.out.println(circularQueue.isFull());//true
        System.out.println(circularQueue.Rear());//0
    }
}