数据结构（11）栈和队列算法题 OVA

一、概念与结构

循环队列是一种特殊的队列，首尾相连成环，也叫环形队列。环形队列具有以下三个特点：

（1）队头删除数据，队尾插入数据。

（2）给定固定的空间，使用过程中不能扩容。

（3）环形队列满了之后，不能继续插入数据（即插入数据失败）。

环形队列可以使用数组实现，也可以使用循环链表实现。使用数组实现的话更简单。定义头指针front和尾指针rear。当rear指向最后一个元素的时候，我们只需要让rear % 空间大小就可以让rear指针重新指向front。

但是，这样又带来一个问题，当环形队列为空时：front == rear；当环形队列满了：front == rear。那么，我们该如何区分环形队列是空还是满呢？我们可以在结构体中再定义一个size变量，用于统计环形队列中有效数据的个数。但是这样又要额外开辟四个字节的空间，有没有更好的办法呢？我们额外申请一块空间，但这块空间不保存任何数据，这样就不用额外增加结构体的成员变量。

此时，rear == front表示环形队列为空；如果满足（rear + 1）%（k + 1）== front，表示环形队列满了。

二、题目描述 

https://leetcode.cn/problems/design-circular-queue

三、参考代码  

typedef struct 
{
    int* arr;
    int front;//队头
    int rear;//队尾
    int capacity;//循环队列的空间大小
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
    MyCircularQueue* pq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    //申请k+1个空间
    pq->arr = (int*)malloc((k + 1) * sizeof(int));
    pq->front = pq->rear = 0;
    pq->capacity = k;

    return pq;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
{
    return obj->front == obj->rear;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{
    return (obj->rear + 1) % (obj->capacity + 1) == obj->front;
}
//向循环队列中插入一个元素
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{
    //先判断是否满了
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    //没有满
    else
    {
        obj->arr[obj->rear++] = value;
        obj->rear %= obj->capacity + 1;
        return true;
    }
}
//从循环队列中删除一个元素
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    //非空
    else
    {
        obj->front++;
        obj->front %= obj->capacity + 1;
        return true;
    }
}

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

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    int prev = obj->rear - 1;
    if(obj->rear == 0)
    {
        prev = obj->capacity;
    }
    return obj->arr[prev];
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(obj->arr)
        free(obj->arr);
    obj->arr = NULL;
    obj->front = obj->rear = obj->capacity = 0;
    free(obj);
    obj = NULL;
}

/**
 * Your MyCircularQueue struct will be instantiated and called as such:
 * MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(k);
 * bool param_1 = myCircularQueueEnQueue(obj, value);
 
 * 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);
*/