题目描述

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。

样例

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。

算法

(数组模拟) $O(1)$

1. 我们用数组来模拟队列，指定两个下标 front 和 rear 代表队列的头和尾。
2. 初始时，front = rear = 0，且队列最大长度为 n = k + 1。当 front 或 rear 达到 n 时，将其置 0。
3. front == rear 表示队列为空，rear + 1 == front 表示队列为满。
4. 我们也可以用一个额外变量来记录队列中元素的个数，这样就队列的最大长度可以为 k。

时间复杂度

• 单次操作的时间复杂度为 $O(1)$。

空间复杂度

• 总共需要 $O(k)$ 的空间。

C++ 代码

class MyCircularQueue {
public:
    /** Initialize your data structure here. Set the size of the queue to be k. */
    int front, rear, n;
    vector<int> buffer;

    MyCircularQueue(int k) {
        buffer.resize(k + 1);
        n = k + 1;
        front = rear = 0;
    }

    /** Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful. */
    bool enQueue(int value) {
        if (isFull())
            return false;
        buffer[rear++] = value;
        rear %= n;
        return true;
    }

    /** Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful. */
    bool deQueue() {
        if (isEmpty())
            return false;
        front = (front + 1) % n;
        return true;
    }

    /** Get the front item from the queue. */
    int Front() {
        if (isEmpty())
            return -1;
        return buffer[front];
    }

    /** Get the last item from the queue. */
    int Rear() {
        if (isEmpty())
            return -1;
        return buffer[(rear + n - 1) % n];
    }

    /** Checks whether the circular queue is empty or not. */
    bool isEmpty() {
        return front == rear;
    }

    /** Checks whether the circular queue is full or not. */
    bool isFull() {
        return (rear + 1) % n == front;
    }
};

/**
 * Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyCircularQueue* obj = new MyCircularQueue(k);
 * bool param_1 = obj->enQueue(value);
 * bool param_2 = obj->deQueue();
 * int param_3 = obj->Front();
 * int param_4 = obj->Rear();
 * bool param_5 = obj->isEmpty();
 * bool param_6 = obj->isFull();
 */