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循环队列:
将队列连接成一个环状结构,内部空间大小固定。
一般采用数组队列
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。
解析:
解决此问题,需要明白环形队列的判空及判满原理。
int k; //队列长度 k ,则空间为 k + 1
int front; //头标
int rear; //尾标
int* a; //用指针会更合适
建立一个结构体,包含如上成员。
判空:
front == rear
判满:
(rear + 1) %(k + 1) == front
尾标 + 1 空间大小 头标
原理:
插入,rear后移。因此rear最终会指向末尾数据的下一个位置。(插入完再后移)
超出数组之后,取模数组大小,实现T的周期性运转。(模数据,比length小的时候,不会有影
响)
当REAR + 1 = FRONT 时,K + 1个空间,只能放K个数据,否则不能判空、判满。
代码实现
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) { //包含的形参k,可以直接使用
MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
obj->a = (int*)malloc( (k + 1) * sizeof(int) );
obj->front = obj->rear = 0; //下标等元素的初始化
obj->k = k;
return obj;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
return obj->front == obj->rear;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
//判断是 ==
return (obj->rear + 1) % (obj->k + 1) == obj->front; // K是结构成员,需要->访问
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
if (myCircularQueueIsFull(obj))
return false;
obj->a[obj->rear++] = value; //先使用,后++
obj->rear %= (obj->k + 1); //在数组中循环
return true;
}
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
return false;
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->rear - 1 + obj->k + 1 ) % (obj->k + 1)]; //obj->rear是一个整体,应该都括起来
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
free(obj->a); //先释放内部空间
free(obj);
}
代码讲解
myCircularQueueCreate
初始化:对结构内的所有成员都要初始化(1.空间 2.int类型的数据)
myCircularQueueIsEmpty
判空
front == rear
myCircularQueueIsFull
判满
myCircularQueueEnQueue
压入数据
需要注意的是
1.obj->a[obj->rear++] = value; //先使用,后++ ,不要忘记++
2.obj->rear %= (obj->k + 1); //在数组中循环
为了防止下标再次解引用的时候引发数组越界问题,可以让下标 % 容量,再次进入周期
myCircularQueueDeQueue
删除数据
obj->front++;
obj->front %= (obj->k + 1);
需要注意的是
对于数组队列
不需要free,只需要让头标++就可。
为了防止front下标走出数组,需要 % 空间大小,让其进入循环。
myCircularQueueFront
先判空,有元素直接取
myCircularQueueRear
return obj->a[(obj->rear - 1 + obj->k + 1 ) % (obj->k + 1)]; //obj->rear是一个整体,应该都括起来
减:
需要注意的是,找尾元素的时候,其下标尾 rear - 1。但是当rear的下标为0,将会出现越界。
此时 (下标 + 周期) % (周期) 可以解决问题。当**(下标 + 周期)** 大小小于 周期时,由于取模,不会产生影响!
myCircularQueueFree
释放的时候,应该先释放内部空间,再释放外部空间!
最后
当需要访问 K 等结构成员变量时,需要->解引用访问,不能直接使用!