【数据结构】_队列经典算法OJ：循环队列

[1. 题目描述及链接](#1. 题目描述及链接)

[2. 解题思路](#2. 解题思路)

[2.1 循环队列的设计](#2.1 循环队列的设计)

[2.2 关于循环队列的假溢出问题](#2.2 关于循环队列的假溢出问题)

[3. 程序](#3. 程序)

注：部分方法实现细节

1. 题目描述及链接

题目链接：622. 设计循环队列 - 力扣（LeetCode）

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。

2. 解题思路

2.1 循环队列的设计

若采用数组作为队列底层结构，则需创建head标记数组第一个元素，tail标记数组最后一个元素的下一个位置，由于下标不具有循环特性，循环队列实现的麻烦之处在于下标超过k的下标处理问题，但获取队尾元素很方便；

若采用单链表作为队列底层结构，则需创建head指向链表第一个结点，tail指向链表最后一个结点，由于链表结点的链接关系，实现增删操作无需像数组结构一样需手动处理下标循环问题，但获取尾结点遍历等操作较为麻烦；

本题采用数组作为底层结构；

2.2 关于循环队列的假溢出问题

假设当前数组空间为4个数据大小，即k=4，依次进行以下操作：

解决方法：

方法1：增加有效数据存储的记录变量size：

每插入一个元素则size++，每删除一个元素则size--，size=0表示队列为空，size=k表示队列满；

方法2：额外多开一个空间：

3. 程序

cpp 复制代码

typedef struct {
    int* a;
    int head;  // 指向第一个数据
    int tail;  // 指向最后一个数据的下一个数据
    int k;
} MyCircularQueue;
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->head == obj->tail;
}

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

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));  
    // 额外开一个空间解决假溢出问题
    obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    obj->head=0;
    obj->tail=0;
    obj->k=k;  
    return obj;
}

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

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

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

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){
        return -1;
    }else{
        //return obj->tail==0?obj->a[obj->k]:obj->a[obj->tail-1];
        return obj->a[(obj->tail+obj->k)%(obj->k+1)];
    }
}


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

注：部分方法实现细节

关于获取队尾元素的下标计算：

方式1：

cpp 复制代码

return obj->tail==0?obj->a[obj->k]:obj->a[obj->tail-1];

三目操作符特殊处理tail指向第一个数据位置：此时队列最后一个有效元素是a $k$ ；

方式2：

cpp 复制代码

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

即对 tail-1 进行 +(k+1) 再模 (k+1) 的操作，使得tail=0时tail-1=-1的特殊情况得以统一处理，其中-1+1可抵消：

cpp 复制代码

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