设计循环队列,解决假溢出问题

什么是假溢出?

当我们使用队列这种基本的数据结构时,很容易发现,随着入队和出队操作的不断进行,队列的数据区域不断地偏向队尾方向移动。当我们的队尾指针指向了队列之外的区域时,我们就不能再进行入队操作了,而此时由于队头已经偏离原来位置,也就意味着实际上队列并没有满。这种实际上还有空间,但是却发生了溢出的现象就称为假溢出现象。

假设有以下队列,初始元素为1、2、3、4、5,队头元素是1,队尾元素是5.

当我们弹出队头元素两次得到队列:

这个时候top指针向右边偏移,如果再进行入队操作我们会发现rear指针已经不能向后移动了,而此时队列并没有满(top前面还有空间)。

这就是假溢出。

如何解决假溢出问题?

为了避免假溢出问题,我们需要对队列进行优化--循环队列。

对于前面的问题,我们发现导致假溢出的主要问题就是尾指针rear不能指向可以存放空间的地址,换句话来说就是不能指向前面已经出队了元素的地址。针对这一问题,我们整个队列看成一个可以循环的环状结构,指向队头队尾的指针往后走还能回到原来的位置。

 这样一来,前面已经出队元素的空间我们依旧可以存放元素,也就解决了假溢出的问题。(这里rear指向队尾元素的下一个元素)。

模拟循环队列

首先假设我们队列的最大存储数据个数为k。

用一个数组来模拟循环队列,并且初始化容量为k+1,队头队尾指针都指向下标为0的元素地址

为什么容量要多一个呢?

为了更好的区分队列为空和队列已满。


 

如何判断循环队列是否为空?

if(top==rear)为真则队列为空

如何判断循环队列是否为满?

由于我们多开辟了一个元素的空间,且这个空间不存放元素,也就意味着,如果已经存了k个元素,此时的rear指向这个空的区域,rear指向空间的下一个空间的元素被top指针指向

if((rear+1)%(k+1)==top)//真则队列为满

如何求得循环队列的元素个数?

num=(rear+k-top)%(k+1)//num为循环队列元素个数

由于rear指针可能在top指针的前面,所以我们不能直接使用rear-top.

那么我们可以这么想,之所以rear会出现在top前面,是因为rear已经走了一圈了(假设只多走了一圈),那么rear移动的总距离就是当前元素位置加队列长度,top移动的距离就是当前下标。

力扣面试题:

622. 设计循环队列icon-default.png?t=N7T8https://leetcode.cn/problems/design-circular-queue/

代码:

typedef struct {int *val;int front;int back;int k;int size;
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {MyCircularQueue *obj=(MyCircularQueue *)malloc(sizeof(MyCircularQueue));obj->val=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));obj->front=0;obj->back=0;obj->k=k;obj->size=0;return obj;
}bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {return ((obj->back)==(obj->front));
}bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {return (((obj->back+1)%(obj->k+1))==obj->front);
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {if(myCircularQueueIsFull(obj))return false;obj->val[obj->back]=value;obj->back=(obj->back+1)%(obj->k+1);return true;
}bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return false;obj->front=(obj->front+1)%(obj->k+1);return true;
}int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;return obj->val[obj->front];
}int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;int k=obj->k;return obj->val[(obj->back+k)%(k+1)];
}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->val);obj->val=NULL;free(obj);}

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