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(一)题目描述
(二)数据结构的选择
(三)函数接口的分析实现
正文开始:
(一)题目描述
题目链接:622. 设计循环队列
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。
(二)数据结构的选择
在C语言中,实现队列的数据结构可以选择使用数组或链表,具体选择哪种数据结构取决于应用的需求和对性能的要求。
数组:使用数组实现队列的优势是简单和高效。可以使用一个固定大小的数组来表示队列,并使用两个指针front和rear来分别指示队列的前端和后端。入队操作可以通过将元素添加到rear指针指向的位置来实现,而出队操作可以通过将元素从front指针指向的位置移除来实现。数组的缺点是长度固定,一旦实现的队列满了,就不能再添加元素。
链表:使用链表实现队列的优势是可以动态地调整队列的大小,没有固定的长度限制。可以使用一个指针来表示链表的头部,并使用另一个指针来表示链表的尾部。入队操作可以通过在链表的尾部添加节点来实现,而出队操作可以通过删除链表的头部节点来实现。链表的缺点是相对于数组来说,操作稍微复杂一些,需要维护指针的指向关系。
综上所述,如果对队列的长度有明确的限制,可以选择使用数组实现队列。如果队列的长度不确定或需要频繁地进行插入和删除操作,可以选择使用链表实现队列。
在循环队列的题目要求中,指定了队列的数据个数为K,因此本次实现队列采用数组的方式实现;通过定义一个结构体来方便对循环队列的维护:
typedef struct {int* a;//动态数组int k;//队列大小int front;//队头指针,指向队头数据int rear;//队尾指针,指向队尾数据的下一个位置} MyCircularQueue;
如果rear指向的是队尾元素,那么数据个数为0和数据个数为1的情况无法区分,仔细想一想,这两种情况都是front和rear指针指向队首(数组下标为0的位置);
于是,我们可以通过多创建1个位置,让rear指向队尾元素的下一个位置——开辟k+1个位置,满足了存储k个数据的要求,又可以将数据个数为0和数据个数为1的情况区分开。
一般认为:rear + 1 == front时,表示队列满了,但是当rear指向队尾时,rear + 1 就跑到队列外面了,为了解决这一问题,我们通过取模实现;
//obj为实例化的对象(obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front
得出结论:F和R的下标相同时,表示队列是空的。
(三)函数接口的分析实现
(1)
MyCircularQueue(k)
: 构造器,设置队列长度为 k。
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {//申请并初始化环形链表MyCircularQueue* que = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));que->a = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));//多开辟一个空间que->front = 0;//指向队列头部que->rear = 0;//指向队列尾部的下一个元素que->k = k;return que;
}
(2)
isEmpty()
: 检查循环队列是否为空。
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {return obj->front == obj->rear;
}
(3)
isFull()
: 检查循环队列是否已满。
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {return (obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}
(4)
enQueue(value)
: 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {if(myCircularQueueIsFull(obj))//满了,返回假{return false;}//没有满,插入obj->a[obj->rear++] = value;obj->rear %= (obj->k+1);return true;
}
(5)
deQueue()
: 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))//空了,返回假{return false;}obj->front++;if(obj->front == obj->k+1)obj->front = 0;return true;//没有空,出数据
}
(6)
Front
: 从队首获取元素。如果队列为空,返回 -1 。
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}return obj->a[obj->front];
}
(7)
Rear
: 获取队尾元素。如果队列为空,返回 -1 。
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}return obj->a[(obj->rear-1 + obj->k+1) % (obj->k+1)];
}
(8)C语言没有析构函数,需要手动释放循环队列
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->a);free(obj);}
完~
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