OJ - 设计循环队列

622. 设计循环队列 - 力扣（LeetCode）

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。

注意：这里最开始就要开好空间。而不是放1个元素开一个空间

实现以下操作：

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。

[6. free](#6. free)

一.分析

链表 or 数组实现？

1.链表实现

front 指向队头。rear 刚开始的状态，决定了它指向队尾元素的下一个元素，插入一个元素，往后走一下

空的判定：front == rear

满的判定：front == rear

那 front == rear 时，到底是空还是满？

**解决方案：
1.引入 size 判空满。**当 front == rear 时，size == 0 为空；size == k 为满
2.多开一个位置 (不是开哨兵位)。

出数据 deQueue：让 front 往前走。数据并没有被删除，只是无效了

方案2：多开一个位置

空：front == rear

满：front == rear->next

链表实现，取头好取，取尾很难受

如果最开始就让 rear 指向尾，初始化又很难搞

空满都是这样，如果处理特殊情况会让代码可读性下降

解决方案：1.引入rearprev 2.双向链表

2.数组实现

依然要多开一个

当 rear 走到下标 k+1 时，% (k+1) 就可以让他回到下标为0的位置

rear + 1 == front 满（一般情况）

数组实现，取尾比链表方便很多，用双向链表得不偿失。链表唯一优势就是到尾不用判断，直接 ->next 到头

二.数组实现

1.定义结构

cpp 复制代码

typedef struct {
    int* a; // 指向开辟的 k+1 个空间的数组
    int front; // 指向队头
    int rear;  // 指向队尾的下一个元素
    int k; // 方便front rear到下标为 k+1 的位置时取模 %
} MyCircularQueue;

2.初始化

cpp 复制代码

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

3.判空满

cpp 复制代码

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

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

一般情况： rear + 1 == front 满

特殊情况： ( rear + 1 ) % ( k + 1 ) == front 满

一般情况中：( rear + 1 ) % ( k + 1 ) == rear + 1，不会对一般情况造成影响

3.插入、删除

原本数组为满，就插入失败。原本数组为空，就删除失败。

cpp 复制代码

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if (myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    obj->a[obj->rear++] = value;
    obj->rear %= (obj->k + 1); // 防止 rear 走到下标为 k+1 的位置
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
    obj->front++;
    obj->front %= (obj->k + 1); // 防止 front 走到下标为 k+1 的位置
    return true;
}

4.取队头数据

cpp 复制代码

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

5.取队尾数据

cpp 复制代码

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[obj->rear - 1]; // 这里对吗？
}

上面的代码对于这种情况会造成越界访问：

解决1：

cpp 复制代码

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[(obj->rear-1 + obj->k+1) % (obj->k+1)];
}

一般情况，( rear + 5 ) % 5 没有影响。上面那种情况：( 0 - 1 + 5 ) % 5 == 4

解决2：判断

cpp 复制代码

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
    {
        if (obj->rear == 0)
            return obj->a[obj->k];
        else
            return obj->a[obj->rear - 1];
    }
}

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

6. free

malloc 了几次，就要 free 几次

cpp 复制代码

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