环形队列设计

两道环形队列设计的题。

LeetCode 622. Design Circular Queue
LeetCode 641. Design Circular Deque

题目描述

一道题是环形 queue 的设计，circular queue is also called "Ring Buffer"；另一道是环形 deque 的设计。给出了 API 要求给出实现。

解题思路

两道题实际上是一样的，开辟对应大小的缓冲区，然后环形的话使用取余操作来实现即可。
这里我们使用 head & tail 指向首尾元素，并额外多分配一个元素的空间作为哨兵，用于区分空队列和满队列。

参考代码

这里我们只给出 deque 的实现代码，因为 queue 实际上是限定了只能使用 deque 的部分功能，queue 的实现只需要截取 deque 对应部分的实现即可。

/*
 * @lc app=leetcode id=641 lang=cpp
 *
 * [641] Design Circular Deque
 */

// @lc code=start
class MyCircularDeque {
    int* data;
    int cap;
    int head, tail;
public:
    /** Initialize your data structure here. Set the size of the deque to be k. */
    MyCircularDeque(int k) :
        data(new int[k+1]), cap(k+1), head(0), tail(k) {
    }
    ~MyCircularDeque() {
        delete[] data;
    }

    /** Adds an item at the front of Deque. Return true if the operation is successful. */
    bool insertFront(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }
        head = (head - 1 + cap) % cap;
        data[head] = value;
        return true;
    }

    /** Adds an item at the rear of Deque. Return true if the operation is successful. */
    bool insertLast(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }
        tail = (tail + 1) % cap;
        data[tail] = value;
        return true;
    }

    /** Deletes an item from the front of Deque. Return true if the operation is successful. */
    bool deleteFront() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        head = (head + 1) % cap;
        return true;
    }

    /** Deletes an item from the rear of Deque. Return true if the operation is successful. */
    bool deleteLast() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        tail = (tail - 1 + cap) % cap;
        return true;
    }

    /** Get the front item from the deque. */
    int getFront() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return data[head];
    }

    /** Get the last item from the deque. */
    int getRear() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return data[tail];
    }

    /** Checks whether the circular deque is empty or not. */
    bool isEmpty() {
        return head == (tail + 1) % cap;
    }

    /** Checks whether the circular deque is full or not. */
    bool isFull() {
        return head == (tail + 2) % cap;
    }
}; // AC

/**
 * Your MyCircularDeque object will be instantiated and called as such:
 * MyCircularDeque* obj = new MyCircularDeque(k);
 * bool param_1 = obj->insertFront(value);
 * bool param_2 = obj->insertLast(value);
 * bool param_3 = obj->deleteFront();
 * bool param_4 = obj->deleteLast();
 * int param_5 = obj->getFront();
 * int param_6 = obj->getRear();
 * bool param_7 = obj->isEmpty();
 * bool param_8 = obj->isFull();
 */
// @lc code=end

拓展延伸

C++ 中的 queue 的实现是什么样的？

C++ 中的 queue 和 stack 一样，都并不是某一特定的类型，而是一个“适配器”。实际上，queue 的底层可以是一个双端队列 deque，也可以是一个双链表，默认是deque。

deque 对内存的管理是以页为单位分配数组，页内的元素在两端的操作都可以像普通数组一样操作；页与页之间并不是连续分配，而是使用链表或者索引表来管理，两端的 push/pop 操作可能触发页分配和页回收。通过这种策略，回收了空闲内存，也就是 “make use of the spaces in front of the queue”，当然 deque 也做到了 “make use of spaces in rear of the queue”。