技術標籤：資料結構刷題

題目來源：力扣（LeetCode）
連結：https://leetcode-cn.com/problems/design-circular-queue

設計你的迴圈佇列實現。 迴圈佇列是一種線性資料結構，其操作表現基於 FIFO（先進先出）原則並且隊尾被連線在隊首之後以形成一個迴圈。它也被稱為“環形緩衝器”。

迴圈佇列的一個好處是我們可以利用這個佇列之前用過的空間。在一個普通佇列裡，一旦一個佇列滿了，我們就不能插入下一個元素，即使在佇列前面仍有空間。但是使用迴圈佇列，我們能使用這些空間去儲存新的值。

你的實現應該支援如下操作：

MyCircularQueue(k): 構造器，設定佇列長度為 k 。

基本思路

空的迴圈佇列滿的迴圈佇列

定義一個迴圈佇列結構體，成員變數包括隊頭front、隊尾rear、佇列容量k和一個用於儲存資料的int*型別的data指標。

重點在於迴圈佇列的判空和判滿條件如何設定。對於判空，我們容易想到front == rear這一條件。而判滿則不是rear + 1 == front

那麼接下來，我們使用C語言來實現迴圈佇列。

二、程式碼實現

typedef struct {
    int* _data;
    int _front;
    int _rear;
    int _k;
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue*
 
 mq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    mq->_data = (int*) malloc(sizeof(int) * (k + 1));
    mq->_front = mq->_rear = 0; 
    mq->_k = k;
    return mq;
}

注意，初始化佇列的時候，需要申請k + 1的記憶體空間，這一點與上文所述一致。

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
        if(obj->_front == obj->_rear){		//判空
        return true;
    }
    else{
        return false;
    }
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    if((obj->_rear + 1) % (obj->_k + 1) == obj->_front){		//判滿
        return true;
    }
    else{
        return false;
    }
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj)){
        return false;
    }
    obj->_data[obj->_rear] = value;
    obj->_rear++;
    if(obj->_rear > obj->_k){
        obj->_rear = 0;
    }
    return true;
}

入隊之前需要先判滿，若佇列內仍有空間，則將資料插入隊尾，再更新隊尾位置。由於佇列是迴圈的，若隊尾的位置已經大於容量，則將隊尾返回到0的位置。

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){
        return false;
    }
    obj->_front++;
    if(obj->_front > obj->_k){
         obj->_front = 0;
    }
    return true;
}

同理，出隊之前需要先判空，若不為空則更新隊頭，同樣需要注意隊頭的位置是否合法。

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){
        return -1;
    }
    return obj->_data[obj->_front];
}

取隊頭元素時要注意符合題目要求，若佇列為空返回-1。

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){
        return -1;
    }
    if(obj->_rear == 0){
        return obj->_data[obj->_k];    
    }
    return obj->_data[obj->_rear - 1];
}

取隊尾元素的時候還要額外注意隊尾位於0位置的特殊情況。此情況下，不能直接取obj->_data[obj->_rear - 1]，因為我們保留了一個空白位置，不儲存任何資料，這樣就無法取到正確的值。因此，取obj->_data[obj->_k]即可。

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

/**
 * Your MyCircularQueue struct will be instantiated and called as such:
 * MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(k);
 * bool param_1 = myCircularQueueEnQueue(obj, value);
 \4
 * bool param_2 = myCircularQueueDeQueue(obj);
 
 * int param_3 = myCircularQueueFront(obj);
 
 * int param_4 = myCircularQueueRear(obj);
 
 * bool param_5 = myCircularQueueIsEmpty(obj);
 
 * bool param_6 = myCircularQueueIsFull(obj);
 
 * myCircularQueueFree(obj);
*/