循环队列与循环双端队列

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前言
循环队列
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”。

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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
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（4）判断满，当 front=（rear+1）%（k+1） 为空

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（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

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（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
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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falseif(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falseif(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-1if(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-1if(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

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（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
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（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。

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（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。

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（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1size++;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1size++;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-1size--;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;
};