前言
一、CircularQueue
二、特点
三、设计思路
1)判空与判满
2)链表还是数组实现?
四、实现
1).IsEmpty()
2).IsFull()
3)CircularQueueCreate创建
4)CircularQueueEnQueue插入
5)CircularQueueDeQueue删除
6)出队尾和队头
五、总结
前言
循坏队列,本质是队列数据结构。普通队列,入数据时可能会增容,出数据会浪费空间。
因此设计一款循环队列,能够利用队列前的空间。
本文针对循坏队列的优势,循坏队列的思路以及实现进行深入剖析。
一、CircularQueue
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。
二、特点
优点:
提前根据需求,开辟相应的空间,不需要后续增容;
充分地使用数组中的存储空间,克服”假溢出”现象;
缺点:
固定容量,使用时必须把握是否满容;
三、设计思路
循环队列就是首尾相连的线性结构。
设计头指针(front)和尾指针(rear)
每次插入数据rear往前走一步,删除数据front往前走一步。如果能合理掌控,那么front和rear能在循坏队列的每一个位置持续走动。、
针对循坏队列,应设计如下接口:
1)判空与判满
判空:
front==rear时,标记为空。
判满:
因为front==rear表示空,那么判满就不能用front==rear.
设计:
1.增加一个size变量,每次存数据size就++。用size来判断是否满
2.rear+1=front
每次存入一个元素rear就往前走一步,rear在最后一个元素的下个位置。当 rear+1==front时,判断满。因此在设计队列的容量时,多开辟一个空间。
下图表示一个容量大小为7的循环队列满时的情况
2)链表还是数组实现?
链式结构,首尾可以轻松链接.
但是在创建循环队列时,链接多个结点,过于麻烦。
出尾部数据麻烦:
改进思路:1.添加rearprev指针 2.遍历一遍队列 3.双向循坏链表
不难发现,链表实现还是比较麻烦的。本文将介绍数组实现循环队列。
四、实现
typedef struct {
int front;
int rear;
int*a;
int k;
} MyCircularQueue;
1).IsEmpty()
rear==front
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
if(obj->rear==obj->front)
return true;
return false;
}
2).IsFull()
分俩种情况,
1.rear+1不会溢出
rear+1==front 判满
2.rear+1溢出
此时为空,但是rear+1!=front
则需要对rear+1取模
(rear+1)%(k+1)==front
为什么模上k+1而不是k :因为开辟空间是k+1,相当于长度是k+1。例如上述k为5,rear此时为5
(5+1)%(5+1)=0 刚好为front的下标 判断成立。
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
if((obj->rear+1)%(obj->k+1)==(obj->front))
return true;
return false;
}
3)CircularQueueCreate创建
循环队列的创建
先创建obj队列指针,再对数组开辟空间,注意空间大小是K+1
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
MyCircularQueue*obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1)); //多开一个空间
obj->front=obj->rear=0;
obj->k=k;
return obj;
}
4)CircularQueueEnQueue插入
要插入先检查是否为满
插入的位置为rear,每次插入后rear往后走一步,但是rear会存在溢出,所以每次插入都对rear取模
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
if(myCircularQueueIsFull(obj))
return false;
obj->a[obj->rear]=value;
obj->rear++;
obj->rear%=(obj->k+1);
return true;
}
5)CircularQueueDeQueue删除
要检查是否为空
每次删除,front往前走一步就可
front会存在溢出,同4)需对front取模
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return false;
obj->front++;
obj->front%=(obj->k+1);
return true;
}
6)出队尾和队头
特别注意的是,当rear位于第一个位置时,如下
rear-1为非法值,需要将rear移到最后一个位置上
这里提供一个巧妙的方法:
将rear+k+1,相当于容量变成二倍,rear往后移动一个容量的长度
rear+k+1-1(rear+k)就实现将rear移到最后一位上
如果rear不在第一个位置,那么需要对rear+k取模
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
return obj->a[obj->front];
}
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
return -1;
return obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];
}
五、总结
循环队列因为其可重复利用空间而受到推崇,在判满和出队尾数据时需要注意rear的不同
本文详细讲解每个细节,希望对大家有所帮助!
编程学习没有捷径,要多写多练,感谢阅读。