循环队列与循环双端队列

前言

1、学习循环队列和循环双端队列能加深我们对队列的理解，提高我们的编程能力。
2、本文循环队列使用的是数组，循环双端队列用的是双向链表
3、题目连接：设计循环队列 ，设计循环双端队列。

循环队列

1、什么是循环队列？

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”。

2、实现的功能

（1）MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
（2）Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1。
（3）Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
（4）enQueue(value):向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
（5）deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
（6）isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
（7）isFull(): 检查循环队列是否已满。

3、设计
有两种方案：a:利用数组来存储数据，b：利用链表来存储数据
我们这里使用数组的方式
（1）我们设置一个头指针，和一个尾指针（指的时最后一个有数据位置的下一个位置，为什么不直接指向最后有数据那个位置呢？因为这样能更好的判断队列是否为空和队列是否已经满的情况），头指针（front），尾指针（rear），容量（k）。

（2） 为了解决尾指针指向最后一个数据后一个的问题，我们可以多申请一个空间，就不会使尾指针指的位置超出数组了，这个问题也叫假溢出。

（3）判断空，当front=rear时为空

（4）判断满，当 front=（rear+1）%（k+1） 为空

（5）删除队头元素，使front=（front+1）%（k+1）即可， 也可以通过判断front是否在（k+1）的位置，在的话就使front=0，不在的话front=front+1即可

（6）进队，将数据放到数组下标rear位置上，然后使 rear=（rear+1）%（k+1） 即可，原理同上。

（7）获取队头元素，直接返回队头下标的位置的数据即可

（8）获取队尾元素，返回 （rear-1+k+1)%(k+1) 位置的数据即可，也可以判断rear是不是在0的位置，在的话top=k，不在0的位置的话就top=rear-1

4、代码实现：

//队列结构体
typedef struct {
    //储存数据
    int *arr;
    //头
    int front;
    //指向尾的下一个
    int rear;
    //大小
    int k;
} MyCircularQueue;

//初始化循环队列
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    //队列
     MyCircularQueue* obj=( MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));

     //初始化成员
     obj->arr=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
     obj->front=0;
     obj->rear=0;
     obj->k=k;
     
     return obj;
}

//是否为空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    //当队头的下标等于队尾的下标时队列为空
    return obj->front==obj->rear;
}

//是否为满
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    //当队头的下标等于队尾加一模上k+1时队列满了
    return obj->front==(obj->rear+1)%(obj->k+1);
}

//入队
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    //当队列满了就返回false
        if(myCircularQueueIsFull(obj))
           return false;

    //放到rear位置上
        obj->arr[obj->rear]=value;
    //这样当rear+1==k+1时，让rear回到0这个位置上
        obj->rear=(obj->rear+1)%(obj->k+1);

           return true;
}

//出队
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    //空时返回false
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
       return false;
      //队头下标加1，莫上k+1当front+1==k+1时能回到0那个位置
     obj->front=(obj->front+1)%(obj->k+1);

     return true;
}

//查看头元素
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
     //空时返回-1
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
      return -1;

     //直接展示front位置即可
      int tmp=obj->arr[obj->front];

      return tmp;
}

//查看队尾元素
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    //空时返回-1
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
      return -1;
    //因为返回的是rear-1位置上的数据，当rear>0时,查看的位置时rear-1，当rear=0时就是查看k位置的数据了
      int tmp=obj->arr[(obj->rear-1+obj->k+1)%(obj->k+1)];

      return tmp;
    
}

//释放
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->arr);
    free(obj);
}

循环双端队列

1、循环双端队列就是在循环队列的基础上增加了一些接口，如：可以进行队头的插入，进行尾部的删除。

2、实现的功能接口：

实现 MyCircularDeque 类:

（1）MyCircularDeque(int k) ：构造函数,双端队列最大为 k 。

（2）boolean insertFront()：将一个元素添加到双端队列头部。 如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。

（3）boolean insertLast() ：将一个元素添加到双端队列尾部。如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。

（4）boolean deleteFront() ：从双端队列头部删除一个元素。 如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。

（5）boolean deleteLast() ：从双端队列尾部删除一个元素。如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。

（6）int getFront() )：从双端队列头部获得一个元素。如果双端队列为空，返回 -1 。

（7）int getRear() ：获得双端队列的最后一个元素。 如果双端队列为空，返回 -1 。
（8） boolean isEmpty() ：若双端队列为空，则返回 true ，否则返回 false 。

（9）boolean isFull() ：若双端队列满了，则返回 true ，否则返回 false 。

3、设计
（1）用双向链表的节点，这样方便找到尾部的上一个节点，利于队尾的删除。
（2）定义size来判断空和满，再定义两个节点指针，分别指向队头（front），队尾（rear），容量（k），前驱指针（next），后驱指针（next1）。
（3）判断为空，当size=0时为空。
（4）判断是否满，当size=k时为满。
（5）队头插入数据，申请一个节点tmp，再将tmp和front连起来，最后front=tmp即可

（6）队尾插入数据，申请一个节点tmp，再将tmp和rear连接起来，最后rear=tmp即可

（7）队头删除，先保存队头的后一个节点next，再将front释放，最后将front=next并把front->next1=NULL即可，注意顺序不能乱。

（8）队尾删除，先保存前一个节点next1，再将rear释放，最后将rear=next1并把rear->next=NULL即可，注意顺序不能乱。

（9）获取队头元素，直接返回front的数据即可。
（10）获取队尾元素，直接返回rear的数据即可。

4、代码实现：

//双向链表的结构体
typedef struct  ls
{
     //前驱
   struct ls *next;
   //后驱
   struct ls *next1;
   //数据
   int val;
}ls;

class MyCircularDeque {
public:
     //初始化
    MyCircularDeque(int k) {
    //容量
         this->k=k;
      //大小
         this->size=0;
         this->rear=NULL;
         this->front=NULL;
    }
    
    //队头插入数据
    bool insertFront(int value) {
    //  满了，就返回
           if(isFull())
             return false;

      //没满
      //申请一个节点
             ls *tmp(ls*)malloc(sizeof(ls));
             tmp->next=NULL;
             tmp->next1=NULL;
             tmp->val=value;

       //空的话头和尾指向第一个节点
             if(front==NULL)
             {
               front=rear=tmp;
             }
             //不空，插入头
             else
             {
                 front->next1=tmp;
                 tmp->next=front;
                 front=tmp;
             }
             
          //大小加1
             size++;

            return true;
    }
    
    //队尾插入数据
    bool insertLast(int value) {
              if(isFull())
             return false;

      //申请节点
             ls *tmp=(ls*)malloc(sizeof(ls));
             tmp->next=NULL;
             tmp->next1=NULL;
             tmp->val=value;
             
             if(rear==NULL)
             {
                 front=rear=tmp;
             }
             //尾插到rear后面
             else
             {
                   tmp->next1=rear;
                   rear->next=tmp;
                   rear=tmp;
             }
             
     //大小加1
             size++;

             return true;
    }
    
 //删队头   
    bool deleteFront() {
    //为空
        if(isEmpty())
         return false;
         
         //只有一个元素
         ls *tmp=front->next;
         free(front);
         if(tmp==NULL)
           front=rear=tmp;
           //多个元素
         else
         {
        front=tmp;
        front->next1=NULL;
         }
       
       //大小-1     
         size--;

          return true;
    }
    
    //删队尾
    bool deleteLast() {
          if(isEmpty())
         return false;
         
         //只有一个元素
         ls *tmp=rear->next1;
         free(rear);

         if(tmp==NULL)
         {
             rear=front=tmp;
         }
         else
         {
             tmp->next=NULL;
             rear=tmp;
         }
    // 大小-1
         size--;

          return true;
    }
    
    //显示头元素
    int getFront() {
    //为空
          if(isEmpty())
         return -1;

//直接返回头节点的数据
         return front->val;
    }
    
    //显示尾节点元素
    int getRear() {
    //为空
        if(isEmpty())
         return -1;
         
//直接返回尾节点数据
         return rear->val;

    }
    
    //判断是否为空
    bool isEmpty() {
    //当size==0是为空
       return size==0;
    }
    
    //判断是否为满
    bool isFull() {
    //size==k就满了
      return size==k;
    }
    
//释放链表
    ~MyCircularDeque()
    {
        ls* tmp=front;
        while(tmp)
        {
            ls*p=tmp->next;
            free(tmp);
            tmp=p;
        }
    }
    //头和尾
    ls* front;
    ls* rear;
    //容量和大小
    int k;
    int size;
};

以上就是我的分享了

最后，感谢大家的观看！