直面面试挑战：设计循环队列的艺术

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2024-01-28 12:11:31

直面面试挑战：掌握循环队列的设计艺术

了解循环队列

循环队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，与常规队列类似，但具有动态调整队列大小的能力，使其能够适应不断变化的存储需求。由于循环队列的物理结构可能存在空闲空间，因此需要使用特殊的算法来实现其逻辑结构。

循环队列的设计思想

循环队列的设计思想体现在两个关键方面：

逻辑结构与物理结构分离： 循环队列使用数组模拟逻辑队列，但物理数组可能存在空闲空间。为了解决这个问题，循环队列使用两个指针（front 和 rear）来跟踪队列的队首和队尾。
循环访问元素： 由于物理数组可能存在空闲空间，因此需要使用循环的方式访问队列元素。当队列不为空时，可以使用以下公式来访问第 n 个元素：element[index] = element[(front + index) % capacity]，其中 capacity 是队列容量。

数组实现的循环队列

以数组实现为例，循环队列的具体实现方法如下：

class CircularQueue {

    private int[] queue;
    private int front, rear;
    private int capacity;

    public CircularQueue(int capacity) {
        this.queue = new int[capacity];
        this.front = this.rear = -1;
        this.capacity = capacity;
    }

    public void enqueue(int data) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("Queue is full");
            return;
        }
        if (front == -1) {
            front = rear = 0;
        } else {
            rear = (rear + 1) % capacity;
        }
        queue[rear] = data;
    }

    public int dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("Queue is empty");
            return -1;
        }
        int data = queue[front];
        if (front == rear) {
            front = rear = -1;
        } else {
            front = (front + 1) % capacity;
        }
        return data;
    }

    public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % capacity == front;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return front == -1;
    }

    public int size() {
        return (capacity - front + rear) % capacity;
    }

}