数据结构与算法 | 循环队列

循环队列

实际中我们还会用到一种队列叫做循环队列，这种队列把存储空间前后连接起来，形成像环一样的结构，解决了内存空间浪费的问题

这里我们用顺序结构来实现，因为为了防止溢出的情况，这里我们需要多开一个数据的空间用作缓冲，这部分不用于存数据，用于防止溢出，当数组访问到这一部分时就将他归零，实现循环的结构。
每次入数据通过队尾指针入，出数据通过队首指针出，和队列的操作方法差不多，每一步骤的具体实现思路会在下面写出

数据结构

typedef int DataType;
typedef struct
{DataType* queue;int front;int rear;int length;
} CircularQueue;

实现的接口

CircularQueue* CircularQueueCreate(int k);
//循环队列初始化
bool CircularQueueEnQueue(CircularQueue* obj, DataType value);
//循环队列入队
bool myCircularQueueDeQueue(CircularQueue* obj);
//循环队列出队
DataType CircularQueueFront(CircularQueue* obj);
//获取循环队列队首
DataType CircularQueueRear(CircularQueue* obj);
//获取循环队列队尾
int CircularQueueSize(CircularQueue* obj);
//循环队列长度
bool CircularQueueIsEmpty(CircularQueue* obj);
//判断循环队列是否为空
bool CircularQueueIsFull(CircularQueue* obj);
//判断循环队列是否已满
void CircularQueueFree(CircularQueue* obj);
//销毁循环队列

循环队列初始化

CircularQueue* CircularQueueCreate(int k)
{CircularQueue* cq = (CircularQueue*)malloc(sizeof(CircularQueue));cq->queue = (DataType*)malloc((k + 1) * sizeof(DataType));cq->front = 0;cq->rear = 0;cq->length = k + 1;return cq;
}

初始化时多开一个空间，防止溢出。

入队列

bool CircularQueueEnQueue(CircularQueue* obj, DataType value)
{if ((obj->rear + 1) % obj->length == obj->front)return false;obj->queue[obj->rear++] = value;if (obj->rear == obj->length)obj->rear = 0;return true;
}

我们首先要判断队列是否已满，如果满了则返回false，为什么使用这个公式我会在下面的判断队满的函数中写到，没满则将数据存到队尾指针的位置，如果队尾指针达到了我们多开的那个位置，则让队尾指针归零

出队列

bool myCircularQueueDeQueue(CircularQueue* obj)
{if (obj->front == obj->rear)return false;;++obj->front;if (obj->front == obj->length)obj->front = 0;return true;
}

首先判断是否队空，然后使队头指针走一步，当队头指针到达多开的空间时，归零

获取队首元素

DataType CircularQueueFront(CircularQueue* obj)
{if (obj->front == obj->rear)return -1;elsereturn obj->queue[obj->front];
}

获取队尾元素

DataType CircularQueueRear(CircularQueue* obj)
{if (obj->front == obj->rear)return -1;else if (obj->rear == 0)return obj->queue[obj->length - 1];elsereturn obj->queue[obj->rear - 1];
}

获取队列中有效元素个数

int CircularQueueSize(CircularQueue* obj)
{return (obj->rear - obj -> front + obj->length) % obj->length;
}

首先用队尾位置减去队首位置，然后因为是循环队列，位置不断变化可能会出现负数和得不到正确的结果，我们就需要先加上总长度在对总长度取模，这样得到的才是他们真正的位置差，也就是有效元素个数

检测循环队列是否为空

bool CircularQueueIsEmpty(CircularQueue* obj)
{if (obj->rear == obj->front)return true;elsereturn false;
}

当队首和队尾处于同一位置时说明循环队列为空，因为此时他们的相对位置为零

检测循环队列是否已满

bool CircularQueueIsFull(CircularQueue* obj)
{if ((obj->rear + 1) % obj->length == obj->front)return true;elsereturn false;
}

当队满的时候队首应该在队尾的下一个位置，但因为循环队列位置不断变化，可能出现超过总长度或者归零的情况，所以我们需要对总长度取模来获取他们的相对位置

销毁循环队列

void CircularQueueFree(CircularQueue* obj)
{free(obj->queue);obj->queue = NULL;free(obj);obj = NULL;
}

完整代码
头文件

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>typedef int DataType;
typedef struct {DataType* queue;int front;int rear;int length;
} CircularQueue;CircularQueue* CircularQueueCreate(int k);
//循环队列初始化
bool CircularQueueEnQueue(CircularQueue* obj, DataType value);
//循环队列入队
bool myCircularQueueDeQueue(CircularQueue* obj);
//循环队列出队
DataType CircularQueueFront(CircularQueue* obj);
//获取循环队列队首
DataType CircularQueueRear(CircularQueue* obj);
//获取循环队列队尾
bool CircularQueueIsEmpty(CircularQueue* obj);
//判断循环队列是否为空
bool CircularQueueIsFull(CircularQueue* obj);
//判断循环队列是否已满
void CircularQueueFree(CircularQueue* obj);
//销毁循环队列

函数实现

#pragma once
#include "CircularQueue.h"CircularQueue* CircularQueueCreate(int k)
{CircularQueue* cq = (CircularQueue*)malloc(sizeof(CircularQueue));cq->queue = (DataType*)malloc((k + 1) * sizeof(DataType));cq->front = 0;cq->rear = 0;cq->length = k + 1;return cq;
}bool CircularQueueEnQueue(CircularQueue* obj, DataType value)
{if ((obj->rear + 1) % obj->length == obj->front)return false;obj->queue[obj->rear++] = value;if (obj->rear == obj->length)obj->rear = 0;return true;
}bool myCircularQueueDeQueue(CircularQueue* obj)
{if (obj->front == obj->rear)return false;;++obj->front;if (obj->front == obj->length)obj->front = 0;return true;
}DataType CircularQueueFront(CircularQueue* obj)
{if (obj->front == obj->rear)return -1;elsereturn obj->queue[obj->front];
}DataType CircularQueueRear(CircularQueue* obj)
{if (obj->front == obj->rear)return -1;else if (obj->rear == 0)return obj->queue[obj->length - 1];elsereturn obj->queue[obj->rear - 1];
}bool CircularQueueIsEmpty(CircularQueue* obj)
{if (obj->rear == obj->front)return true;elsereturn false;
}bool CircularQueueIsFull(CircularQueue* obj)
{if ((obj->rear + 1) % obj->length == obj->front)return true;elsereturn false;
}void CircularQueueFree(CircularQueue* obj)
{free(obj->queue);obj->queue = NULL;free(obj);obj = NULL;
}