leetcode经典例题之环形队列

news2024/11/24 4:53:07

P. S.：以下代码均在VS2019环境下测试，不代表所有编译器均可通过。 P. S.：测试代码均未展示头文件stdio.h的声明，使用时请自行添加。

1、题目展示

在这里插入图片描述

在拿到题目时，通过分析我们知道，环形队列是一个有用固定位置数的队列，若队列已满就不能再向其中插入数据，且队列为循环，及队列的尾部的下一个为队列的头部。
在这种前提条件下，我们会联想到可以使用链表的形式进行实现，但是在使用链表创建队列时，需要开辟出题目要求数量的节点，并将其连接起来，十分麻烦，且在进行删除插入操作时会有对指针的操作，容易出现bug，故本文仅对如何使用数组来实现循环队列进行讲解。

2、问题分析

当使用数组来实现队列时，我们可以先假设题目要求创建四个空间存储空间的循环队列，示意图如下：

在这里插入图片描述在创建好数组之后我们又如何让其可以循环呢，可以思考，当指向下标的位置越过了数组限制下标3时，我们让他取模，并回归到数组的0下标，或者也可以设置一个size来记录数组内数据的个数，并通过size来进行循环。

可循环的问题解决了，那我们如何判断循环队列中的空间是否满了或者空呢，我们可以设置两个数分别为head和tail，让其指向数组的首元素下标，即开始时head和tail都为0，当head和tail相等时，就判断它时空的循环队列。
可这时问题又出现了，当我们队列里存满了数据时，head也和tail相等，这就造成了很明显的bug，无法判断是相等还是空，这时我们可以在创建数组时多创建一个空间，比如说我们需要四个空间，在创建时就创建五个空间，但是数组里最多只存储四个数据，即总有一个空间是不存储数据的，这样就完美的解决了假溢出的问题。示意图如下：

在这里插入图片描述

此时我们假设进行两步操作，第一次向循环队列中插入四个数据，第二次删除四个数据。示意图分别如下：

我们可以明显地发现当tail的下一个位置为head时，循环队列时满的状态，当tail等于head时，循环队列是空的状态。
至此我们便可以依据此种规律进行代码的书写。

3、完整代码展示

至于如何对越界的head和tail进行取模转换，是一个数学上的问题，再此不再做过多的详解，看官可通过数学知识自行解答，下面是完整代码展示：

typedef struct 
{
    int* a;
    int head;
    int tail;
    int k;
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    obj->head = 0;
    obj->tail = 0;
    obj->k = k;
    return obj;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
{
    return obj->head == obj->tail;
}

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

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


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