数据结构 - 循环队列

leedcord 622.设计循环队列

1.概念

        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。

 

2.结构的选择

        循环队列可以采用数组实现，也可以采用链表实现。

        由于链表初始化以及得到队列尾的值需要采用O(n)的时间复杂度进行实现，这里就不进行讨论，但是两者实现的方式大同小异。

//循环队列
typedef struct {
    int *a;
    int front;        //队头
    int rear;         //队尾
    int k;            //容量
} MyCircularQueue;

3.结构的初始化

        首先，给一个整型 k 为循环队列的容量进行初始化。为了判断循环队列是否为空或是否为满，我们需要额外创建一个空间来给队尾落脚。

//初始化
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int *)malloc(sizeof(int)*(k+1));      //多申请一个空间
    obj->front = obj->rear = 0;
    obj->k = k+1;                           
    return obj;
}

 4.循环队列的判空和判满

        如果循环队列为空，那么 Front 指向的位置就会和 Rear 重叠，即 Front == Rear。

        如果循环队列为满，那么 Rear 的下一个就为 Front ，同时还要防止 Rear 在空间的尾部，所以要对k取模，即 （Rear + 1）% k == Front。

//判空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front == obj->rear;
}
//判满
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->rear + 1) % obj->k == obj->front;
}

5.入队（EnQueue）和出队（DeQueue）

        入队：循环队列在入队时，只需要每次判断 Rear 是否到空间尾，进行更新。

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    obj->a[obj->rear] = value;
    obj->rear++;
    //如果rear超过空间后，返回到0的位置
    obj->rear %= obj->k;
    return true;
}

        出队：出队和入队同理。

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
    obj->front++;
    //如果front超过空间后，返回到0的位置
    obj->front %= obj->k;
    return true;
}

 6.完整代码

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


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

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

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

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    obj->a[obj->rear] = value;
    obj->rear++;
    //如果rear超过空间后，返回到0的位置
    obj->rear %= obj->k;
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
    obj->front++;
    //如果front超过空间后，返回到0的位置
    obj->front %= obj->k;
    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;
    //防止rear在0的位置
    return obj->a[(obj->rear - 1 + obj->k) % obj->k];
}

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