实现环形队列
线性队列原理图:
假设是长度为5的数组,初始状态,空队列如所示,front与 rear指针均指向下标为0的位置。然后入队a1
、a2
、a3
、a4
, front指针依然指向下标为0位置,而rear指针指向下标为4的位置。

出队a1
、a2
,则front指针指向下标为2的位置,rear不变,如下图所示,再入队a5
,此时front指针不变,rear指针移动到数组之外 ,造成假溢出的现象:

为了解决这个问题,引入了循环队列的概念。
循环队列原理图:

可以看到当循环队列属于上图的d1
情况时,是无法判断当前状态是队空还是队满。为了达到判断队列状态的目的,可以通过牺牲一个存储空间来实现。如上图d2
所示:
队头指针在队尾指针的下一位置时,队满。
Q.front == (Q.rear + 1) % MAXSIZE
因为队头指针可能又重新从0位置开始,而此时队尾指针是MAXSIZE - 1
,所以需要求余。当队头和队尾指针在同一位置时,队空。
Q.front == Q.rear
。
还有一种方式是附加一个标志位tag :
当head赶上tail,队列空,则令tag=0;
当tail赶上head,队列满,则令tag=1。
C++实现
const int maxn = 100;
template <class T>
class CircularQueue {
public:
CircularQueue();
CircularQueue(const int len);
~CircularQueue();
public:
bool empty();
bool full();
void push(T x);
void pop();
T front();
int size();
public:
void resize();
private:
T *m_data;
int m_front;
int m_rear;
int m_length;
};
template <class T>
CircularQueue<T>::CircularQueue(){
m_front = 0;
m_rear = 0;
m_data = new T[maxn];
m_length = maxn;
}
template <class T>
CircularQueue<T>::CircularQueue(const int len){
m_front = 0;
m_rear = 0;
m_data = new T[len];
m_length = len;
}
template <class T>
CircularQueue<T>::~CircularQueue(){
delete[] m_data;
m_data = nullptr;
}
template <class T>
bool CircularQueue<T>::empty(){
return m_front == m_rear;
}
template <class T>
bool CircularQueue<T>::full(){
return m_front == (m_rear + 1) % m_length;
}
template <class T>
void CircularQueue<T>::push(T x){
if(full()){
resize();
}
m_data[m_rear] = x;
m_rear = (m_rear + 1) % m_length;
}
template <class T>
void CircularQueue<T>::pop(){
if(empty()){
return;
}
m_front = (m_front + 1) % m_length;
}
template <class T>
T CircularQueue<T>::front(){
if(!empty()){
return m_data[m_front];
}
}
template <class T>
int CircularQueue<T>::size(){
return (m_rear - m_front + m_length) % m_length;
}
template <class T>
void CircularQueue<T>::resize(){
int len = int(m_length * 1.5);
T *tmp = new T[len];
int count = 0;
for(int i = m_front; i != m_rear; i = (i + 1) % m_length){
tmp[count++] = m_data[i];
}
m_front = 0;
m_rear = count;
m_length = len;
delete[] m_data;
m_data = tmp;
}
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