【数据结构】队列详解 && 栈和队列OJ题 —— 用队列实现栈、用栈实现队列、设计循环队列

简介: 【数据结构】队列详解 && 栈和队列OJ题 —— 用队列实现栈、用栈实现队列、设计循环队列

今天的内容分为两大块:队列讲解OJ题。队列讲解部分内容为:队列概念,结构的简述、C语言实现队列OJ题部分内容为三道结构较复杂且代码量较多的题,分别为:用队列实现栈、用栈实现队列、设计循环队列。话不多说,我们这就开始。



队列的概念


队列 和栈一样,是一个 特殊的线性表


队列只允许在一端进行插入数据操作,在另一端进行删除数据操作的特殊线性表。进行 插入操作 的一端称为 队尾,进行 删除操作 的一端称为队头。


队列中的元素遵守 先进先出(First In First Out) 的原则。就和排队一样,队列是绝对公平的,先来的先到队头,不存在插队行为,只能后面排队,前面离开。


fcd60a5cd4e21d075dfb8db2fc098a12.png

队列的结构


队列的结构可以用 数组链表 来实现。哪个结构更好?


数组:


数组左边为队头右边为队尾:队尾(右)插入数据顺序表尾插 很方便,但是 队头(左)删除数据 需要挪动数据,很麻烦。


数组左边为队尾右边为队头:队头(右)删除数据 为尾删,队尾(左)插入数据 需要挪动数据,也很麻烦。


所以 数组结构 并不适合队列。


链表:

image-20221116213209159.png

结构选择:单/双 循环/非循环 带头/不带头


带不带头?可要可不要,带头就是方便尾插,少一层判断,没什么影响。


双向吗?没必要找前一个元素,队列只需要队头队尾出入数据。


循环吗?价值不大。双向循环可以找尾,但是没有必要。


可以使用双向链表,但是没必要,小题大做了,使用单链表就可以。




队列的实现


结构设计


上面确定了用 单链表实现,所以就一定要有结构体表示 节点

typedef struct QueueNode
{
  QDataType data;
  struct QueueNode* next;
}QNode;


由于链表的尾插比较麻烦,而队列的入数据为尾插。所以定义队列的结构体时,可以定义两个指针 head 和 tail 分别对应 队头 和 队尾 ,tail 的引入就是方便尾插再在给定一个 sz 实时记录队列的大小。

typedef struct Queue
{
  QNode* head;
  QNode* tail;
  int sz;
}Queue;



接口总览

void QueueInit(Queue* pq); // 初始化
void QueueDestroy(Queue* pq); // 销毁
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x); // 入队列
void QueuePop(Queue* pq); // 出队列
QDataType QueueFront(Queue* pq); // 取队头元素
QDataType QueueBack(Queue* pq); // 取队尾元素
bool QueueEmpty(Queue* pq); // 判空
int QueueSize(Queue* pq); // 计算队列大小



初始化

队列初始化,就只需要结构中指针初始化为 NULL,并将 sz 初始化为0。

void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->sz = 0;
}


这里我是通过结构体的地址来找到结构体中的两个指针,通过结构体来改变指针的。



销毁


我们实现的队列结构为 链式 的,所以本质为一条 单链表


那么销毁时,就需要迭代销毁链表的节点。


void QueueDestroy(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->head;
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->sz = 0;
}


入队列


对于单链表的尾插,需要创建节点,找尾,然后链接。


但是我们设计队列结构时,给定了一个 tail 作为队尾,这时插入就比较方便了。但是需要注意一下 第一次尾插 的情况。


入队列 之后,记得调整 sz


而且队列只会从队尾入数据,所以创建节点的一步,并没有必要封装一个接口专门调用,直接在函数中创建即可。

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  else
  {
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;
  }
  // 尾插
  if (pq->tail == NULL)
  {
    pq->head = pq->tail = newnode;
  }
  else
  {
    pq->tail->next = newnode;
    pq->tail = pq->tail->next;
  }
  pq->sz++; 
}

出队列

首先明确,队列为空不能出队列,出队列是从 队头 出数据。


其次,需要考虑删除时会不会有什么特殊情况。


一般删除时,可以记录 head 的下一个节点,然后释放 head ,再重新为 head 赋值。


但是,当 只有一个节点 呢?此刻 head == tail,它们的地址相同,如果此时仅仅释放了 head,最后head走到 NULL,但是tail 此刻指向被释放的节点,且没有置空,此刻风险就产生了。


之后一旦我 入队列 时,tail != NULL,那么必定就会走到 else 部分,对 tail 进行访问,此刻程序就会奔溃,所以需要处理一下,将 tail 也置空。


同样的,出队列 成功后 sz 需要发生调整。


c8bdb15bc9cc7cc8fff38d7bcde1c5d1.png

void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  // 一个节点时删除的特殊情况
  // 需要将头尾都变为空
  if (pq->head->next == NULL)
  {
    free(pq->head);
    pq->head = pq->tail = NULL;
  }
  else
  {
    QNode* newhead = pq->head->next;
    free(pq->head);
    pq->head = newhead;
  }
  pq->sz--;
}



取对头数据


队列非空,取 head 出数据

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->head->data;
}


取队尾数据


队列非空,取 tail 处数据。

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->tail->data;
}



判空


headtail 都为空指针时,说明队列中无元素。


bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}


计算队列大小


从这个接口处,就可以看出我们设计结构时,设计的还是很精妙的,因为有 sz 直接返回即可。

int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->sz;
}


试想一下,如果没有这个 sz,我们如何计算队列大小?是不是又得遍历链表了?这样接口的时间复杂度就为O(N),而其他接口几乎都是O(1)的复杂度,是不是不太理想?所以结构设计时加上一个 sz 的效果是极好的!


下面贴上没有 sz 时的代码:

int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->head;
  int size = 0;
  while (cur)
  {
    cur = cur->next;
    ++size;
  }
  return size;
}



OJ题


用队列实现栈


链接225. 用队列实现栈


描述:


请你仅使用两个队列实现一个后入先出(LIFO)的栈,并支持普通栈的全部四种操作(push、top、pop 和 empty)。


实现 MyStack 类:


   void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。

   int pop() 移除并返回栈顶元素。

   int top() 返回栈顶元素。


   boolean empty() 如果栈是空的,返回 true ;否则,返回 false 。


注意:


   你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。


   你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list (列表)或者 deque(双端队列)来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。


示例:


   输入:


   [“MyStack”, “push”, “push”, “top”, “pop”, “empty”]

   [[], [1], [2], [], [], []]


   输出:

   [null, null, null, 2, 2, false]


   解释:


   MyStack myStack = new MyStack();

   myStack.push(1);

   myStack.push(2);

   myStack.top(); // 返回 2

   myStack.pop(); // 返回 2

   myStack.empty(); // 返回 False


提示:


   1 <= x <= 9

   最多调用100 次 push、pop、top 和 empty

   每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空



思路:


队列 是 先进先出,栈 是 后进先出,要用队列实现栈,那么就要使用两个队列完成后进先出的操作。

栈的结构设计就是两个队列 q1、q2。


而实现栈,我们的重点就在于 后进先出。


那么可以使用这样的思想:


我们需要时刻需要保持一个队列为空。


入数据时,往不为空的队列入数据,如果两个队列都为空,则入任意一个。


出数据时,将不为空的队列中的元素转移到空队列中直到队列中元素只剩一个,出栈原先非空队列的数据,原先非空队列变为空,出栈数据就是模拟栈的栈顶数据。


其他接口的实现相对比较简单,走读代码就可以看懂。


1848d19d2d74d9da94aef232a1c1e3d3.png

typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
  QDataType data;
  struct QueueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
  QNode* head;
  QNode* tail;
  int sz;
}Queue;
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
void QueueInit(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  pq->head = NULL;
    pq->tail = NULL;
  pq->sz = 0;
}
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  QNode* cur = pq->head;
  while (cur)
  {
    QNode* next = cur->next;
    free(cur);
    cur = next;
  }
  pq->head = pq->tail = NULL;
  pq->sz = 0;
}
// 尾插
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
  assert(pq);
  QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  else
  {
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;
  }
  // 尾插
  if (pq->tail == NULL)
  {
    pq->head = pq->tail = newnode;
  }
  else
  {
    pq->tail->next = newnode;
    pq->tail = newnode;
  }
  pq->sz++;
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  // 一个节点时删除的特殊情况
  // 需要将头尾都变为空
  if (pq->head->next == NULL)
  {
    free(pq->head);
    pq->head = pq->tail = NULL;
  }
  else
  {
    QNode* del = pq->head;
    pq->head = pq->head->next;
        free(del);
  }
  pq->sz--;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->head->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  assert(!QueueEmpty(pq));
  return pq->tail->data;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
  assert(pq);
  /*QNode* cur = pq->head;
  int size = 0;
  while (cur)
  {
    cur = cur->next;
    ++size;
  }
  return size;*/
  return pq->sz;
}
// ------------------------上方为队列实现---------------------------
typedef struct 
{
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;
MyStack* myStackCreate() 
{
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}
void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{
    if (!QueueEmpty(&obj->q1))
        QueuePush(&obj->q1, x);
    else
        QueuePush(&obj->q2, x);
}
int myStackPop(MyStack* obj) 
{
    QNode* empty = &obj->q1;
    QNode* unempty = &obj->q2;
    if (!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        unempty = &obj->q1;
        empty = &obj->q2;
    }
    while (QueueSize(unempty) > 1)
    {
        QueuePush(empty, QueueFront(unempty));
        QueuePop(unempty);
    }
    int top = QueueFront(unempty);
    QueuePop(unempty);
    return top;
}
int myStackTop(MyStack* obj) 
{
    if (!QueueEmpty(&obj->q1))
        return QueueBack(&obj->q1);
    else
        return QueueBack(&obj->q2);
}
bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{
    return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}
void myStackFree(MyStack* obj) 
{
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
}



用栈实现队列


链接232. 用栈实现队列


描述:

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作(push、pop、peek、empty):


实现 MyQueue 类:


   void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾

   int pop() 从队列的开头移除并返回元素

   int peek() 返回队列开头的元素

   boolean empty() 如果队列为空,返回 true ;否则,返回 false


说明:


   你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。


   你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque(双端队列)来模拟一个栈,只要是标准的栈操作即可。


示例1:


   输入:

   [“MyQueue”, “push”, “push”, “peek”, “pop”, “empty”]

   [[], [1], [2], [], [], []]

   输出:

   [null, null, null, 1, 1, false]

   解释:

   MyQueue myQueue = new MyQueue();

   myQueue.push(1); // queue is: [1]

   myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)

   myQueue.peek(); // return 1

   myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]

   myQueue.empty(); // return false



提示:


   1 <= x <= 9

   最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty

   假设所有操作都是有效的 (例如,一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作)


思路:


队列 要求先进先出,而 栈 为后进先出。


我们将队列的结构设定为两个栈,接下来思考该如何实现操作?


我们先看看这个操作可不可行。我们把两个栈分别叫做 st1 和 st2。假设 st1 中有数据,出队列时,就把 st1 中数据转移到 st2中,直到 st1 中数据只剩一个,然后将 st1 中数据出掉,这样可行;但是入队列呢?队列要求先进先出,那么肯定不能往 st2 中入数据,因为这样会改变出队列顺序。那么就需要把 st2 中数据导回 st1 中,再入数据,然后出栈时,再重复之前的操作。


这样是不是太麻烦了?有没有更好的办法?


我们把两个栈分别叫做 pushST 和 popST。


当入队列时,就把数据入到 pushST 中。


当出队列时,如果 popST 中无数据,就把 pushST 中元素导入 popST 中,出栈;如果有数据则直接出栈。


这样就保证了入队列数据在 pushST 中,只要出队列,那么就把元素全部导入 popST 中出掉,栈在出数据时会改变顺序,恰好就对应了队列的规律。


这样也不必来回转移数据,轻松多了。

e461f7eeae9967f6be9d77271092424f.png


56391e0772032907a7fcab08ff174891.png

typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{
  STDatatype* a;
  int capacity;
  int top;   // 初始为0,表示栈顶位置下一个位置下标
}ST;
void StackInit(ST* ps);
void StackDestroy(ST* ps);
void StackPush(ST* ps, STDatatype x);
void StackPop(ST* ps);
STDatatype StackTop(ST* ps);
bool StackEmpty(ST* ps);
int StackSize(ST* ps);
void StackInit(ST* ps)
{
  assert(ps);
  ps->a = (STDatatype*)malloc(sizeof(STDatatype) * 4);
  if (ps->a == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  ps->capacity = 4;
  ps->top = 0;
}
void StackDestroy(ST* ps)
{
  assert(ps);
  free(ps->a);
  ps->a = NULL;
  ps->capacity = ps->top = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDatatype x)
{
  assert(ps);
  if (ps->top == ps->capacity)
  {
    STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->a, sizeof(STDatatype) * ps->capacity * 2);
    if (tmp == NULL)
    {
      perror("realloc fail");
      exit(-1);
    }
    ps->a = tmp;
    ps->capacity *= 2;
  }
  ps->a[ps->top++] = x;
}
void StackPop(ST* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!StackEmpty(ps));
  ps->top--;
}
STDatatype StackTop(ST* ps)
{
  assert(ps);
  assert(!StackEmpty(ps));
  return ps->a[ps->top - 1];
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->top == 0;
}
int StackSize(ST* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->top;
}
typedef struct 
{
    ST pushST;
    ST popST;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate() 
{
    MyQueue* queue = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    StackInit(&queue->pushST);
    StackInit(&queue->popST);
    return queue;
}
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) 
{
    assert(obj);
    StackPush(&obj->pushST, x);
}
// 声明
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj); 
int myQueuePeek(MyQueue* obj);
int myQueuePop(MyQueue* obj) 
{
    assert(obj);
    assert(!myQueueEmpty(obj));
    int peek = myQueuePeek(obj);
    StackPop(&obj->popST);
    return peek;
}
// 返回队头元素
int myQueuePeek(MyQueue* obj) 
{
    assert(obj);
    assert(!myQueueEmpty(obj));
    if (StackEmpty(&obj->popST))
    {
        while (!StackEmpty(&obj->pushST))
        {
            // 将元素全部倒入 popST 中
            int pushEle = StackTop(&obj->pushST);
            StackPush(&obj->popST, pushEle);
            // 出栈 pushST 中元素
            StackPop(&obj->pushST);
        }
    }
    // 出栈popST的第一个元素
    int peek = StackTop(&obj->popST);
    return peek;
}
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) 
{
    assert(obj);
    return StackEmpty(&obj->pushST) && StackEmpty(&obj->popST);
}
void myQueueFree(MyQueue* obj) 
{
    assert(obj);
    StackDestroy(&obj->pushST);
    StackDestroy(&obj->popST);
    free(obj);
}


设计循环队列


链接622. 设计循环队列


描述


设计你的循环队列实现。 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。


你的实现应该支持如下操作:


   MyCircularQueue(k): 构造器,设置队列长度为 k 。

   Front: 从队首获取元素。如果队列为空,返回 -1 。

   Rear: 获取队尾元素。如果队列为空,返回 -1 。

   enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。

   deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。

   isEmpty(): 检查循环队列是否为空。

   isFull(): 检查循环队列是否已满。



示例:


   MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3

   circularQueue.enQueue(1); // 返回 true

   circularQueue.enQueue(2); // 返回 true

   circularQueue.enQueue(3); // 返回 true

   circularQueue.enQueue(4); // 返回 false,队列已满

   circularQueue.Rear(); // 返回 3

   circularQueue.isFull(); // 返回 true

   circularQueue.deQueue(); // 返回 true

   circularQueue.enQueue(4); // 返回 true

   circularQueue.Rear(); // 返回 4


提示:


   所有的值都在 0 至 1000 的范围内;

   操作数将在 1 至 1000 的范围内;

   请不要使用内置的队列库。


思路:


在本题中,循环队列的大小是固定的,可重复利用之前的空间。


那么接下来,就开始分析结构。


题目给定循环队列的大小为 k ,不论数组和链表,构建的大小为 k ,可行吗?

给定 front 和 rear 为0,front 标识队头,rear 标识队尾的下一个数据的位置,每当 入数据, rear++,向后走。


由于是循环队列,空间可以重复利用,当放置完最后一个数据后,rear需要回到头部。


那么问题来了,如何判空和判满 ?无论队列空或满,front 和 rear 都在一个位置。


0b58b3a7f31b28328cd03a01661da45b.png


所以,需要加以改进。


解决方法有二:


   结构设计时,多加一个 size ,标识队列数据个数。

   创建队列时,额外创建一个空间。


这里我们讲一下 方案二 :


数组:


对于数组,那么我们就开上 k + 1 个空间。


front 和 rear 分别标识队头和队尾。


每当入数据,rear 向后走一步,front 不动;每当出数据,front 向后走一步,rear 不动。当走过下标 k 处后,front 和 rear 的位置需要加以调整。比如,rear 下一步应该走到第一个空间:下标0位置。

队列空 时,front == rear。


队列满 时, rear 的下一个位置是 front 。平常只需要看 rear + 1 是否等于 front 即可。但是 放置的元素在 k 下标处时,此刻的 rear 需要特殊处理,rear 的位置会移动到 0 下标。经公式推导:(rear + 1) % (k + 1) == front 时,队列满,平常状况也不会受到公式影响。


入数据时,在 rear 位置入数据,然后 rear 向后移动,同样的,当入数据时到 k 下标的空间后,rear 需要特殊处理:rear %= k + 1。


出数据时,将 front 向后移动,当出数据到 k 下标的空间后,front 需要特殊处理:front %= k + 1。

取队头数据时,不为空取 front 处元素即可。


取队尾数据时,需要取rear 前一个位置,当队列非空时且 rear 不在 0下标时,直接取前一个;当队列非空且 rear 在 0 位置时,需要推导一下公式,前一个数据的下标为:(rear + k) % (k + 1),两种情况都适用。


其他接口相对比较简单,走读代码就可以。

9b90eb47b3cf79b19199a85d4c724728.png

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

链表:


其实对于循环队列而言,使用链表来构建是最清晰的。


当构建链表时,构建的是 k + 1 个节点的 单向循环链表,这个需要注意一下。


front 和 rear 分别标识 队头 和 队尾。


队列空,front == rear 。


队列满,rear 的下一个节点就是 front 节点,rear->next == front。


入数据时,比数组设计简单很多,就直接让 rear 迭代到下一个节点就可以。


出数据时,队列非空时,直接让 front 迭代到下一个节点。


取队头元素时,如果非空,直接取 front 节点处的值。


取队尾元素时,如果非空,则从头开始迭代到rear 的前一个节点,取出元素。


这里的销毁需要注意一下!!!由于链表不带头,所以销毁的时候可以从第二个节点开始迭代销毁,然后销毁第一个节点,最后销毁队列本身。这里比较细节,过会可以看一下代码。



8d8b215c4d58002bfe55679a92720f7c.png

typedef struct  CQNode
{
    struct CQNode* next;
    int data;
}CQNode;
typedef struct 
{
    CQNode* front;
    CQNode* rear;
} MyCircularQueue;
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj); 
// 创建节点
CQNode* BuyNode()
{
    CQNode* newnode = (CQNode*)malloc(sizeof(CQNode));
    newnode->next = NULL;
    return newnode;
}
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
    // 构建长度 k + 1 的单向循环链表
    // 多开一个空间,防止边界问题
    CQNode* head = NULL, *tail = NULL;
    int len = k + 1;
    while (len--)
    {
        CQNode* newnode = BuyNode();
        if (tail == NULL)
        {
            head = tail = newnode;
        }
        else
        {
            tail->next = newnode;
            tail = newnode;
        }
        tail->next = head;
    }
    MyCircularQueue* cq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    cq->front = cq->rear = head;
    return cq;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{
    if (myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    // 直接插入在rear位置,rear后移
    obj->rear->data = value;
    obj->rear = obj->rear->next;
    return true;
}
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
    obj->front = obj->front->next;
    return true;
}
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    return obj->front->data;
}
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
{
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    // 取rear前一个元素
    CQNode* cur = obj->front;
    while (cur->next != obj->rear)
    {
        cur = cur->next;
    }
    return cur->data;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
{
    return obj->front == obj->rear;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{
    return obj->rear->next == obj->front;
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
{
    // 销毁需要逐个销毁
    CQNode* cur = obj->front->next;
    // 从第二个节点开始,防止找不到头
    while (cur != obj->front)
    {
        CQNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    // 销毁
    free(cur);
    free(obj);
}
/**
 * Your MyCircularQueue struct will be instantiated and called as such:
 * MyCircularQueue* obj = myCircularQueueCreate(k);
 * bool param_1 = myCircularQueueEnQueue(obj, value);
 * bool param_2 = myCircularQueueDeQueue(obj);
 * int param_3 = myCircularQueueFront(obj);
 * int param_4 = myCircularQueueRear(obj);
 * bool param_5 = myCircularQueueIsEmpty(obj);
 * bool param_6 = myCircularQueueIsFull(obj);
 * myCircularQueueFree(obj);
*/


相关文章
|
1月前
|
C语言
【数据结构】栈和队列(c语言实现)(附源码)
本文介绍了栈和队列两种数据结构。栈是一种只能在一端进行插入和删除操作的线性表,遵循“先进后出”原则;队列则在一端插入、另一端删除,遵循“先进先出”原则。文章详细讲解了栈和队列的结构定义、方法声明及实现,并提供了完整的代码示例。栈和队列在实际应用中非常广泛,如二叉树的层序遍历和快速排序的非递归实现等。
215 9
|
1月前
|
存储 算法
非递归实现后序遍历时,如何避免栈溢出?
后序遍历的递归实现和非递归实现各有优缺点,在实际应用中需要根据具体的问题需求、二叉树的特点以及性能和空间的限制等因素来选择合适的实现方式。
37 1
|
28天前
|
存储 缓存 算法
在C语言中,数据结构是构建高效程序的基石。本文探讨了数组、链表、栈、队列、树和图等常见数据结构的特点、应用及实现方式
在C语言中,数据结构是构建高效程序的基石。本文探讨了数组、链表、栈、队列、树和图等常见数据结构的特点、应用及实现方式,强调了合理选择数据结构的重要性,并通过案例分析展示了其在实际项目中的应用,旨在帮助读者提升编程能力。
54 5
|
1月前
|
存储 算法 Java
数据结构的栈
栈作为一种简单而高效的数据结构,在计算机科学和软件开发中有着广泛的应用。通过合理地使用栈,可以有效地解决许多与数据存储和操作相关的问题。
|
1月前
|
存储 JavaScript 前端开发
执行上下文和执行栈
执行上下文是JavaScript运行代码时的环境,每个执行上下文都有自己的变量对象、作用域链和this值。执行栈用于管理函数调用,每当调用一个函数,就会在栈中添加一个新的执行上下文。
|
1月前
|
存储
系统调用处理程序在内核栈中保存了哪些上下文信息?
【10月更文挑战第29天】系统调用处理程序在内核栈中保存的这些上下文信息对于保证系统调用的正确执行和用户程序的正常恢复至关重要。通过准确地保存和恢复这些信息,操作系统能够实现用户模式和内核模式之间的无缝切换,为用户程序提供稳定、可靠的系统服务。
52 4
|
1月前
|
算法
数据结构之购物车系统(链表和栈)
本文介绍了基于链表和栈的购物车系统的设计与实现。该系统通过命令行界面提供商品管理、购物车查看、结算等功能,支持用户便捷地管理购物清单。核心代码定义了商品、购物车商品节点和购物车的数据结构,并实现了添加、删除商品、查看购物车内容及结算等操作。算法分析显示,系统在处理小规模购物车时表现良好,但在大规模购物车操作下可能存在性能瓶颈。
50 0
|
2月前
|
算法 程序员 索引
数据结构与算法学习七:栈、数组模拟栈、单链表模拟栈、栈应用实例 实现 综合计算器
栈的基本概念、应用场景以及如何使用数组和单链表模拟栈,并展示了如何利用栈和中缀表达式实现一个综合计算器。
48 1
数据结构与算法学习七:栈、数组模拟栈、单链表模拟栈、栈应用实例 实现 综合计算器
|
1月前
|
算法 安全 NoSQL
2024重生之回溯数据结构与算法系列学习之栈和队列精题汇总(10)【无论是王道考研人还是IKUN都能包会的;不然别给我家鸽鸽丢脸好嘛?】
数据结构王道第3章之IKUN和I原达人之数据结构与算法系列学习栈与队列精题详解、数据结构、C++、排序算法、java、动态规划你个小黑子;这都学不会;能不能不要给我家鸽鸽丢脸啊~除了会黑我家鸽鸽还会干嘛?!!!
|
2月前
初步认识栈和队列
初步认识栈和队列
65 10