手把手设计C语言版循环队列（力扣622：设计循环队列）

力扣： 622.设计循环队列

前言

队列会出现“假溢出”现象，即队列的空间有限，队列是在头和尾进行操作的，当元素个数已经达到最大个数时，队尾已经在空间的最后面了，但是对头前面的不一定是满的。针对这一现象，引入了循环队列。循环队列也是一种数据结构，小编在本篇文章中，是以力扣的一道题目为例来设计循环队列。

此时队尾rear已经到最后面了，但是队头front前面没有填满元素，因此并没有满

循环队列就是将队尾rear再次回到数组的前面，解决“假溢出”的现象

继续在队尾rear插入元素，直到真的满了

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。

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

分析

在普通的队列中，队满的条件是rear==front，那么在循环队列中怎么判断队列已经满了？

常用的一个解决方法是，多开一个空间。也就是说，当队列满的时候，还是有一个空间没有被使用。

rear可能比front大，也可能比front所以尽管它们只相差一个位置时就是满的情，但也可能是相差整整一圈，所以若队列长度为k，那么需要多开辟一个空间，即k+1。因此，队满的额条件为(rear+1)%(k+1)==front。取模“％”的目的就是为了整合front和rear大小的问题，解决多绕了一圈的问题。

什么时候队列为空呢？

rear==front时队列为空。

总结一下就是：

• 当rear==front时队列为空；
• 当rear的下一个和front相等，则队列满

分析完队满、对空问题，回到本道题目就很好解决了。

---

构造器：

MyCircularQueue* obj是一个结构体指针，需要给obj开辟一个空间，其次开辟一个数组a，初始化front 和 back 以及k

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a=(int *)malloc((k+1)*sizeof(int));
    obj->front=0;
    obj->back=0;
    obj->k=k;

    return obj;
}

---

判断队空、队满：

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front==obj->back;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->back+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}

队尾插入：

首先需要判断队列是否已经满了，如果满了返回false，如果没有，执行插入操作。先插入，再将队尾obj->back++。

需要注意的是，这里是一个循环队列，如果此时已经在最后一个单元里面插入元素，那么obj->back应该是回到前面，而不是继续往后。此时有需要用到取模“%”操作，使得 obj->back=(obj->back)%(obj->k+1)

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    
    obj->a[obj->back]=value;
    obj->back++;
    obj->back=(obj->back)%(obj->k+1);
    return true;
}

---

队头删除：

删除只需要将obj->front++即可

但是依然需要注意，这是一个循环队列，当obj-front在最后一片单元时，需要回到前面，obj->front=(obj->front)%(obj->k+1)

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

---

取队头元素：

先判断队列是否为空，不为空执行取队头操作

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

---

取队尾元素：

首先判断队列是否为空，不为空执行取队尾元素操作

需要注意的是，当obj->back==0时，此时取得应该是最后一个存储单元的元素，这里需要单独判断一下，其余的情况都是obj->back 前面一个单元的元素。

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){
        return -1;
    }

    else if(obj->back==0)
    {
        return obj->a[obj->k];
   }
   else
    {
        return obj->a[obj->back-1];
    }
}

---

销毁：

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

力扣AC代码

typedef struct {
    int *a;
    int front;
    int back;
    int k;
    
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a=(int *)malloc((k+1)*sizeof(int));
    obj->front=0;
    obj->back=0;
    obj->k=k;

    return obj;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front==obj->back;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->back+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    
    obj->a[obj->back]=value;
    obj->back++;
    obj->back=(obj->back)%(obj->k+1);
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
        
    }
    
    obj->front++;
    obj->front=(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;
    }

   // return obj->a[(obj->back+obj->k)%obj->k+1];

    else if(obj->back==0)
    {
        return obj->a[obj->k];
   }
   else
    {
        return obj->a[obj->back-1];
    }
}



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);
*/