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循环队列（C语言）

🕗 发布于 2025-01-20 08:40 c语言  开发语言  

从今天开始我会开启一个专栏leetcode每日一题，大家互相交流代码经验，也当作我每天练习的自我回顾。第一天的内容是leetcode622.设计循环队列。

一、题目详细

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。

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3
circularQueue.enQueue(1);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(2);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(3);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 false，队列已满
circularQueue.Rear();  // 返回 3
circularQueue.isFull();  // 返回 true
circularQueue.deQueue();  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 true
circularQueue.Rear();  // 返回 4

提示：

  • 所有的值都在 0 至 1000 的范围内；
  • 操作数将在 1 至 1000 的范围内；
  • 请不要使用内置的队列库。

虽然这是一道中等难度的题，但是理解了这道题的关键完全没有那么难。

二、解题要点

  1. 判断队满和队空的条件
  2. 空间开辟的大小确定

其实这俩点总归是一点，就是不要越界，因为我们这里主要是以数组的形式去实现这里的循环队列。

队满和队空的判断条件

主要的有两种方法： 

  1. 留一个空间空置：满:rear +1 == front；空就是rear = front
  2. 增加一个size变量记录数据个数。空:size==0  满:size == MaxSize

如果我用第一个方法的话，就会浪费一个空间，用第二个则不会有这样的情况，我提供一些图画来帮大家理解。

队空时：

第一种方法队满时：

 

第二种方法队满时：

 

这里我给大家展示第一种代码的实现，大家可以自己去实现一下第二种方法

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

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

我这里用queue->capacity代替了MaxSize；这里面涉及到里一个取模，为什么要这么做呢，其实是为了解决我们的第二个关键点，防止越界。

 越界处理

队列的定义是FIFO（先进先出），是只允许在一段删除，在另一端插入的线性表。

  • 允许插入的一端叫做队尾（rear）
  • 允许删除的一端叫做队头（front）

上面是入队的动态操作，哈哈哈哈手画可能动图有点粗糙，但是我们可以看到6是无法入队的，因为我们按照前面的队满的判断条件(queue->rear+1)%queue->capacity==front,此时已经判断为满，也就是我们前面所说的会有一个空间被浪费，那我们取模在什么时候用的上呢，我现在就给大家举个例子！

如图所示，如果这里我不进行取模，我的6仍旧是无法入队的，并且我的rear还会越界。同样在出队时取模也有同样的妙处。

好啦把这俩个关键点弄懂，基本上这道题就没有问题了，接下来我给大家展示这道题的完整代码，并配上一组main函数作为自练习的测试样例，大家也可以对样例进行修改测试。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

typedef struct {
    int capacity;
    int front;
    int rear;
    int* elements;
} MyCircularQueue;
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* queue = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    if (queue == NULL)
    {
        perror("malloc");
        return NULL;
    }
    queue->capacity = k + 1;
    queue->front = 0;
    queue->rear = 0;;
    queue->elements = (int*)malloc(sizeof(int) * queue->capacity);
    if (queue->elements == NULL)
    {
        perror("malloc");
        free(queue);
        return NULL;
    }
    return queue;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* queue, int value) {
    if ((queue->rear + 1) % queue->capacity == queue->front)
    {
        return false;
    }
    else
    {
        queue->rear = (queue->rear + 1) % queue->capacity;
        queue->elements[queue->rear] = value;
        return true;
    }
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* queue) {
    if (queue->front == queue->rear)
    {
        return false;
    }
    else
    {
        queue->front = (queue->front + 1) % queue->capacity;
        return true;
    }
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* queue) {
    if (queue->rear == queue->front)
    {
        return -1;
    }

    else
    {
        return queue->elements[(queue->front + 1) % queue->capacity];
    }
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* queue) {
    if (queue->rear == queue->front)
    {
        return -1;
    }
    else
    {
        return queue->elements[queue->rear];
    }
}

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

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* queue) {
    return((queue->rear + 1) % queue->capacity == queue->front);
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* queue) {
    if (queue)
    {
        free(queue->elements);
        free(queue);
    }
}
    int main() {
        MyCircularQueue* queue = myCircularQueueCreate(3); // 创建容量为3的循环队列

        printf("入队 1: %s\n", myCircularQueueEnQueue(queue, 1) ? "成功" : "失败");
        printf("当前队尾元素: %d\n", myCircularQueueRear(queue)); // 预期输出 1
        printf("当前队头元素: %d\n", myCircularQueueFront(queue)); // 预期输出 1

        printf("出队操作: %s\n", myCircularQueueDeQueue(queue) ? "成功" : "失败");
        printf("当前队头元素: %d\n", myCircularQueueFront(queue)); // 预期输出 -1

        printf("出队操作: %s\n", myCircularQueueDeQueue(queue) ? "成功" : "失败");
        printf("当前队头元素: %d\n", myCircularQueueFront(queue)); // 预期输出 -1

        printf("入队 2: %s\n", myCircularQueueEnQueue(queue, 2) ? "成功" : "失败");
        printf("入队 3: %s\n", myCircularQueueEnQueue(queue, 3) ? "成功" : "失败");
        printf("入队 4: %s\n", myCircularQueueEnQueue(queue, 4) ? "成功" : "失败");
        printf("入队 5: %s\n", myCircularQueueEnQueue(queue, 5) ? "成功" : "失败"); // 预期失败，因为队列已满

        // 释放队列内存
        myCircularQueueFree(queue);

        return 0;
    }

 运行结果如下图：

 有什么问题欢迎大家留言！当看到这里啦，给个小心心吧


原文地址：https://blog.csdn.net/Yyyyyyyyyyyyds/article/details/145241275

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