C语言每日一题（41）循环队列

力扣 622 循环队列

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：

• 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。 

思路分析

循环队列与普通队列相比，在于它在逻辑上是环形的，空间是固定的， 所以就不能像普通队列一样去满队时扩容，而是要提前开辟好所用的空间。

针对上述的所有功能，我们先从判断队满和队空进行解释，这是循环队列的核心。

isEmpty(): 检查循环队列是否为空：在初始化时，我们将front和back都设为0为最开始的位置，每次放入数据，back都会往后移动，而出队的话front就会往后移，当front移动到back位置时，队就空了，即当front=back时，队列就为空了。

isFull(): 检查循环队列是否已满：根据放数据的方法，当队满时，back会回到front的位置（这里先不考虑如何实现循环），这时就会和队空的情况重合了，无法判断。

这里可以采取的方法，可以定义一个size记录进队的个数，但还有一种巧妙的方法。

定义多一个空间，当往里面放数据时，back不断向后移动，如图队列有效长度为5，队满的情况下，back是不存放数据的，此时发现只要back下一个为front，队就满了。

• Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 ：直接将front对应的下标返回即可，注意一下队空的返回条件。
• enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真：每插入一个元素，back就会往后移动一位，但当back移动到末尾，而在此之前已经出队几个元素，front也向前移动，此时back就得移动到front之前的位置来达到循环的功能，我们在之前的定义的数组大小是K+1个，当back超过k+1的范围时就需要对k+1进行取余控制在该范围内。
• deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真：没删除一个元素，front就向后移动，和插入元素一样，防止front越界，也得对front求余。
• Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 ：这里就有说法了，如果back在front前面那直接返回back的位置即可，但如果出现back在front前面的情况，那就得另外考虑。我们可以找到back循环前的位置，也就是它原本移动到的不进行循环的最后位置，这就是队尾元素，我们可以通过加上数组个数K来找到它原本的位置，但这样一来也会出现越界的情况，那我们在对数组长度取余就行了。

typedef struct {
    int* a;//存放数据的数组
    int front;//队头
    int back;队尾
    int k;//数据个数
    
} MyCircularQueue;
//后面涉及调用顺序的问题，提前声明一下
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k);
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value);
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj);
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj);
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj);
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj);

//初始化
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));。。
    obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    obj->front=0;
    obj->back=0;
    obj->k=k;
    return obj;
    
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))//如果为空返回false
    {
        return false;
    }
    obj->a[obj->back]=value;
    obj->back++;
    obj->back%=(obj->k+1);//back++后，每次取余一下，实现循环的功能（当back在数组范围内求余保持不变，大于则会回到起始位置实现循环）
    return true;

    
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->front++;
    obj->front%=(obj->k+1);//和back操作一样，每次取余
    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)];//先+k找到back循环前的原本位置，防止越界进行求余
    
}

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

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

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);
*/