C语言循环队列

时间:2022-05-28 _奇奇人气:0

循环队列

在这里插入图片描述

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循环队列的好处：可以重新利用队列的空间。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。

题目描述

设计你的循环队列实现。

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。

题目链接

设计循环队列

思路分析

循环队列和普通队列对比。

循环队列：入队需要尾插。出队需要头删，删除并不是真正的删除，只需要使头指针往后移动就可以了，因为要重复利用其空间。真正意义上只需要尾插罢了。尾插的话链表和顺序表时间复杂度相同。综上所述：所以循环队列用顺序表或者链表实现都可以，差异不大。要真正的谁更优，因为顺序表物理空间是连续的，CPU缓存命中率高。所以顺序表更好一点。

普通队列：入队需要尾插，出队需要头删，头删需要真正的删除，但是顺序表头删后还需要覆盖，效率低，所以用单链表实现。

思路：

1.创建循环队列结构体，包含一个顺序表a，头指针和尾指针head和tail，队列的长度k。

2.要为队列多开一个空间，这样可以正确判断队列是否为空，或者是否满了。红色的空间是多开的一个空间。

3.循环队列的关键在于判断队列是否为空或者队列是否满了。为空：只有当tail == head才为空。

在这里插入图片描述

满了：分两种情况。情况1.当tail == 队列长度(k) && head == 0时

在这里插入图片描述

情况2：当tail+1 == head时

在这里插入图片描述

代码实现

代码写好后。经过我数十次的调试，bug终于调完。

说一说我遇到的bug：

1.第一次提交发现循环队列的创建失败。原因是没有对循环队列的结构体进行初始化。

2.在获取尾部元素的时候报错。漏掉了一个特殊情况，就是假如尾部的元素在第一个怎么办？这时候tail-1就变为-1了。数组产生了越界。这时候报的错误是一堆看不懂的内存错误，让人摸不着头脑。

3.在入队的时候发生错误。逻辑错误。要牢记tail指向的是即将入队的空间。应该先入队，tail再++。

在这里插入图片描述

typedef struct 
{
    int* a;
    int head;
    int tail;
    int k;
} MyCircularQueue;
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) ;
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) ;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k)
{
    //给结构体指针变量开辟空间，否则为野指针。
    MyCircularQueue* new =(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    int* b = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    new->a = b;
    new->head = 0;
    new->tail = 0;
    new->k = k;
    return new;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{
    assert(obj);
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    
    obj->a[obj->tail] = value;
    if(obj->tail == obj->k)
    {
        obj->tail = 0;
    }
    else
    {
     obj->tail++;
    }
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj)
 {
     assert(obj);
     if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
     {
         return false;
     }
      if(obj->head == obj->k)
     {
        obj->head = 0;
    }
        else
        {
            obj->head++;
        }
    
     return true;

}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
{
    assert(obj);
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    return obj->a[obj->head];

}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)
 {
     assert(obj);
     if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
     {
         return -1;
     }
     if(obj->tail == 0)
     {
         return obj->a[obj->k];
     }
     return obj->a[obj->tail-1];

}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
{
    assert(obj);
    return obj->head == obj->tail;

}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj)
 {
     assert(obj);
     if(obj->head==0 && obj->tail == obj->k)
     {
         return true;
     }
     else
     {
         return obj->head == obj->tail+1;
     }

}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
{
    assert(obj);
    free(obj->a);
    free(obj);

}

用队列实现栈

用两个队列实现一个栈的基本功能。用C语言做，需要先创建两个队列。

题目描述

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）。

题目链接

用队列实现栈

思路分析

在这里插入图片描述

此题和C语言循环队列与用队列实现栈问题解析。差不多。

思路：

1.压栈就是谁不为空就往谁里面进行入队。

2.出栈就是先把不为空的一个队列里面的前k-1个元素入队到为空那个队列。然后再把不为空那个队列的元素pop掉。

代码实现

我遇到的bug

1.判断到底哪个队列是空队列，可以用假设法。假设其中一个为空，另一个不为空，然后再做调整。这样后续就方便了。

 //假设后调整
     Queue* emptyQ = &obj->q1;
    Queue* nonEmptyQ = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        emptyQ = &obj->q2;
        nonEmptyQ = &obj->q1;
    }

2.移动前k-1个元素到另一个队列不能用遍历。遍历会麻烦，且每一次出队，头指针会自动移动。所以直接用算出队列的长度解决移动前k-1元素。

typedef int QDataType;

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

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	//size_t size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);
size_t QueueSize(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);

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

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	assert(newnode);

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->tail == NULL)
	{
		assert(pq->head == NULL);
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head && pq->tail);

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);


	return pq->head == NULL;
}

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

	return size;
}

QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->head);

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->tail);

	return pq->tail->data;
}


//创建两个队列
typedef struct
 {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;

//初始化两个队列
MyStack* myStackCreate()
 {
     MyStack* new = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
     assert(new);
     QueueInit(&new->q1);
     QueueInit(&new->q2);

     return new;

}
//谁不为空就在谁里面入队
void myStackPush(MyStack* obj, int x)
{
    assert(obj);
    if(!QueueEmpty(&obj->q2))
    {
        QueuePush(&obj->q2, x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q1, x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) 
{
    assert(obj);
    //假设后调整
     Queue* emptyQ = &obj->q1;
    Queue* nonEmptyQ = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        emptyQ = &obj->q2;
        nonEmptyQ = &obj->q1;
    }
   
   while(QueueSize(nonEmptyQ) > 1)
    {
        int front = QueueFront(nonEmptyQ);
        QueuePush(emptyQ, front);
        QueuePop(nonEmptyQ);
    }

    int top = QueueFront(nonEmptyQ);
    QueuePop(nonEmptyQ);

    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) 
{
  assert(obj);  
  int ret = 0;
  if(!QueueEmpty(&obj->q1))
  {
      ret = QueueBack(&obj->q1);
  }
  else
  {
      ret = QueueBack(&obj->q2);
  }
  return ret;
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj)
 {
     assert(obj);
     return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) 
{
    assert(obj);
    QueueDestory(&obj->q1);
    QueueDestory(&obj->q2);
    free(obj);

}

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