C语言循环队列与用队列实现栈问题解析

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“莫听穿林打叶声，何妨吟啸且徐行”

这里是目录 循环队列题目描述题目链接思路分析代码实现 用队列实现栈题目描述题目链接思路分析代码实现

循环队列

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

LeetCode622. 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。
满了：分两种情况。
情况1.当tail == 队列长度(k) && head == 0时
情况2：当tail+1 == head时

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++。

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

LeetCode225. 用队列实现栈

思路分析

此题和用栈实现队列往期博客是个兄弟题。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);}