这篇文章我们来学习一下如何实现循环队列 那力扣上呢有一个对应的题我们可以来看一下:
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。 要求我们实现的循环队列要有以下几个接口:
那下面要实现循环队列的话,我们采用哪种结构呢,数组还是链表呢?
我们假设循环队列的长度k(当然实现好之后k传几构造出来长度就是几)为4,我们来分析一下。
首先我们来分析一下用链表行不行
链表结构分析
那链表的话我们是不是正好可以用一个循环链表啊,因为我们现在要实现循环队列嘛:
搞一个循环单链表,循环队列长度为4,所以开4个结点。
看起来好像还挺合适的。 那现在结点上来直接就开好了,如何判空或者判满呢? 🆗,那我们可以定义两个指针front和rear,来标识队头和队尾的位置
那front和rear都指向第一个结点(),就可以表示空。 那插入数据怎么做呢? 🆗,队尾入数据那对应我们这里的链表来说就是尾插嘛,所以,给rear指向的结点赋要插入的值,然后rear往后走指向下一个结点
所以rear就是指向最后一个元素的下一个,空队列的时候指向第一个结点。 那我们继续插入
此时我们发现一个问题,插入满了之后,rear就重新回到了第一个结点,此时front和rear又指向了同一个结点()。 那我们发现判空和判满的条件都是() 那这样就分辨不开了,怎么办?
那这里解决方式呢不止一种:
比如你可以增加一个size记录有效数据的个数,用size==k来判满。 但是我们这里不采用这种方法,我们还可以这样做: 多开一个结点(开k+1个),就可以解决这个问题 多开一个结点,判空呢还是,而判满则用
而且,这个多开的结点也可以存储数据,在后续的操作中,这个空余结点可能是任意一个结点。 我们继续往下看 此时满了,不能再入数据了,那如何删除数据呢——队头出数据 那就是链表的头删,当然这里我们不会真的删除结点,怎么做呢?
很简单,我们让front往后走就行了(),被“删除”的数据也不用抹掉啥的,因为后续再入数据给会他覆盖掉(我这里只是这样画) 那然后再插入呢?
那我再来pop四次删到空呢?
删到就是空了。
那走到这里我们发现这个结构好像就跑通了,用循环单链表实现好像挺棒的。
但是此时我们再来看要实现的几个接口:
我们发现构造,获取队头元素,插入,删除,判空判满这些都不难搞。 但是获取队尾元素是不是很麻烦啊。因为我们这里是一个单向循环的链表,找尾是比较麻烦的。
当然也可以解决:
可以再增加一个指针prev,记录rear的前一个,这样只要队列不为空,就可以通过prev直接获取队尾元素。 也可以解决。
链表呢我们看了这么久,刚开始感觉还不错,用循环链表刚好有这个环的感觉,非常合适,但是最后发现还是有一些缺点。
那此时呢,我们不妨来考虑一下另外一种结构——用数组实现怎么样呢?
数组结构分析
我们来分析一下,还是以K=4为例:
首先有了上面的分析经验,我们的数组也多开一个空间
但是数组的话首先看上去就不如上面的链表,因为看着根本不循环。 那如何让它实现循环呢? 那也很简单,走到结尾的时候,我们让它回绕到下标0的位置就行了。
判空判满
那数组实现的话如何判空判满呢?
判空的话很简单
还是可以以为空(在哪个位置,就等于该位置下标值) 那判满呢? 吗?
如果是上面这种情况呢确实是,但是: 如果是下面这样呢?
rear+1是不是就越界了啊。 那怎么办呢?那就要让它回去,给rear+1模上一个k+1(即数组的长度) 所以统一处理:如果,就可以同时处理两种情况的判满。 大家可以代入验证一下。 当然也可以给这种情况()单独加一个判断,如果此时是满的,front肯定等于0,去判断front是否等于0
入数据出数据
那我们再来分析一下插入删除即队尾入数据和队头出数据:
首先入数据是不是很简单啊
给rear下标的元素赋值,然后rear++就行了 但是,需要注意:
如果是这种情况,rear==k再++(等于k+1)是不是就越界了。 那这种情况可以加一个判断 或者也可以用取模的方式,让它%k+1。当然如果用取模的话就不用判断,因为如果rear<k+1,%k+1之后值是不会变的。
那我们再来看一下队头出数据:
也很简单,正常的pop就直接让front++就行了
需要注意的也是front走到越界的时候
此时如果删了5之后,再++就越界了(front==k+1),得让他回到0 那跟上面一样,可以去模k+1,或者加个判断,把它置成0。
取队头队尾元素
那最后再来分析一下取队头和队尾元素:
先来看取队头元素,非常简单: 只要队列不为空(为空题目要求返回-1),直接返回下标front的元素就行了 那取队尾元素呢? 上面分析链表就是取队尾元素麻烦,但是数组,就很简单了:
下标rear-1的元素不就是队尾元素嘛。 当然,也需要注意一下:
怕的是这种情况,rear为0,那rear-1是-1,越界了。 但是也很好处理,还是两种方法: 可以单独加一个判断,如果rear==0,把它置成k,其余情况就是rear-1 当然可以写成这样 另外一种方式就还是取模可以两种方式统一处理: ,此时rear-1是-1嘛,越界了,加个k+1,就变成k了; 而对于其它情况也适用,其它情况rear-1肯定小于k+1,所以模一下不受影响。 简化一下即
那综合分析一下,其实还是数组会简单一点,所以下面我们就用数组来实现。
画图理清思路,写代码还是很简单的:

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