《数据结构学习笔记---第九篇》---循环队列的实现

news2024/12/25 10:15:22

文章目录

1.循环队列的定义

2.循环队列的判空判满

3.创建队列并初始化

4.入队和出队

5. 返回队尾队首元素

6.释放循环队列

1.循环队列的定义

定义：存储队列元素的表从逻辑上被视为一个环。

我们此次实现的循环队列，采用顺序表
typedef struct {
    int*a;
    int front;
    int rear;
    int k;
    
} MyCircularQueue;
本质上是一个出入受限的顺序表，那我们是怎么实现他的环状结构的呢？毕竟顺序表是一个线性的结构而不是环状的。

答他用取模运算刚好在存储空间上变成了“环状”。

例如：我们要走一个环状顺序表

如果我们将rear=1；front=2在逻辑上我们可以正常移动，但其实我们物理存储上的指针已经溢出了，所以我们刚好可以取模来控制指针的移动。

如果我们尾指针前进一步就可以（Q.rear+1）% k，刚好可以到达front的位置。

2.循环队列的判空判满

如图我们可以看到，此时rear==front既可以是判空的条件，也可以是判满的条件，那我们应该怎么区分呢？有三种方法://这里的指针变量会和题目中的不太一样，但是判断逻辑相同

1.牺牲一个单元来进行区分

队满：（Q.rear+1）%MaxSize ==Q.front；

队空： Q.front==Q.rear

2.设置一个Size表示队列元素长度来判断。

队满：Size==MaxSize;

队空：Size==0

3.设置一个 tag标记

tag==0&& Q.front==Q.rear,队空；

tag==1&& Q.front==Q.rear,队满。

isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
isFull(): 检查循环队列是否已满。
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
      assert(obj);
    if(obj->rear==obj->front )
    {
        return  true;
    }
    return false ;
}



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

3.创建队列并初始化

MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k)
{
   MyCircularQueue*obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));//创建一个循环的队列结构体指针节点
  obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1)) ;//队列长度为k，但是要多一个空间用来判断空还是满
  obj->front=obj->rear=0;
  obj->k=k;
  return obj;
}
队列长度为k，但是要多一个空间用来判断空还是满，所以我们用的是第一种判空判满策略，牺牲一个存储空间

4.入队和出队

入队操作: obj->a[obj->rear]=value;
obj->rear=(obj->rear+1)%(obj->k+1);// 先赋值再移动指针

出队操作： obj->front=(obj->front+1)%(obj->k+1);// 直接移动指针

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

}

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

5. 返回队尾队首元素

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

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
      assert(obj);
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    else{
     int rear=obj->rear==0 ? obj->k : obj->rear-1;
    return obj->a[rear];  
    }
}
int rear=obj->rear==0 ? obj->k : obj->rear-1; 由于队尾后面还有一个用于判空判满的空间，如果rear刚好指向这片空间，他实际上是指向的真正的队尾下标为k；如果不为0说明他指向的空间为正常的前驱结点。