题目
链接：622. 设计循环队列
难度：Medium
题干
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。
示例：
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
题解
循环队列
这道题比较朴实，就是实现一个循环队列，相信对任何一个学过数据结构的人来说都没什么问题，这里用一张动图来简单演示一下。
图片取材自LeetCode,原文链接
实现
按照上图演示很容易就能实现出一个版本：
class MyCircularQueue {
public:
/** Initialize your data structure here. Set the size of the queue to be k. */
MyCircularQueue(int k) {
a = new int[k];
head = -1;
tail = -1;
size = k;
}
/** Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful. */
bool enQueue(int value) {
if(isFull()) return false;
if(isEmpty()) head = 0;
tail = (tail + 1) % size;
a[tail] = value;
return true;
}
/** Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful. */
bool deQueue() {
if(isEmpty()) return false;
if(head == tail) {
head = tail = -1;
return true;
}
head = (head + 1) % size;
return true;
}
/** Get the front item from the queue. */
int Front() {
if(isEmpty()) return -1;
return a[head];
}
/** Get the last item from the queue. */
int Rear() {
if(isEmpty()) return -1;
return a[tail];
}
/** Checks whether the circular queue is empty or not. */
bool isEmpty() {
return head == -1;
}
/** Checks whether the circular queue is full or not. */
bool isFull() {
return (tail + 1) % size == head;
}
private:
int* a;
int head;
int tail;
int size;
};提交之后顺利通过了全部52个测试用例，用时32ms。虽然已经超过了99.17%的提交记录，但并不属于第一梯队。阅读第一梯队源码后发现：他们采用了一个变量来存储当前队列长度，只增加了一个变量但却大大简化了各种基本操作的判断逻辑，导致他们的代码时间性能更加良好。
于是就有了第二版：
class MyCircularQueue {
public:
/** Initialize your data structure here. Set the size of the queue to be k. */
MyCircularQueue(int k) {
size = k;
head = 0;
tail = 0;
len = 0;
a = new int[k];
}
/** Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful. */
bool enQueue(int value) {
if(isFull()) return false;
a[tail] = value;
tail = (tail + 1) % size;
len++;
return true;
}
/** Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful. */
bool deQueue() {
if(isEmpty()) return false;
head = (head + 1) % size;
len--;
return true;
}
/** Get the front item from the queue. */
int Front() {
if(isEmpty()) return -1;
return a[head];
}
/** Get the last item from the queue. */
int Rear() {
if(isEmpty()) return -1;
return a[(tail - 1 + size) % size];
}
/** Checks whether the circular queue is empty or not. */
bool isEmpty() {
return len == 0;
}
/** Checks whether the circular queue is full or not. */
bool isFull() {
return len == size;
}
private:
int *a;
int head;
int tail;
int size;
int len;
};满怀期待地提交了代码，然而用时36ms，反而比第一个版本更慢了。无奈，再次点开了第一梯队的示例代码，比对之后终于定位了问题所在：++i和i+1的时间效率不同。
++i, i++, i=i+1的时间效率
- ++i：对i的值进行增一，然后返回i的值作为表达式的值。
- i++：对i的值进行增一，然后返回加一之前的i的值作为表达式的值。这就要求系统不得不开辟一个新的临时变量来存储i的值。
- i=i+1：把i的值增一，然后把计算结果赋值给变量i。这里多了一个赋值操作。
我写了下面的代码来帮助理解其语义：
// ++i
i += 1;
return i;
// i++
tmp = i;
i += 1;
return tmp;
// i = i + 1;
tmp = i + 1;
i = tmp;
return i;以上代码仅是为了方便理解，无实际意义
于是，第三个版本就出现了：
class MyCircularQueue {
public:
/** Initialize your data structure here. Set the size of the queue to be k. */
MyCircularQueue(int k) {
a = new int[k];
head = 0;
tail = 0;
size = k;
len = 0;
}
/** Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful. */
bool enQueue(int value) {
if(isFull()) return false;
a[tail] = value;
tail = (++tail) % size;
++len;
return true;
}
/** Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful. */
bool deQueue() {
if(isEmpty()) return false;
head = (++head) % size;
--len;
return true;
}
/** Get the front item from the queue. */
int Front() {
if(isEmpty()) return -1;
return a[head];
}
/** Get the last item from the queue. */
int Rear() {
if(isEmpty()) return -1;
return a[(tail - 1 + size) % size];
}
/** Checks whether the circular queue is empty or not. */
bool isEmpty() {
return len == 0;
}
/** Checks whether the circular queue is full or not. */
bool isFull() {
return len == size;
}
private:
int* a;
int head;
int tail;
int size;
int len;
};最终用时28ms，成功跻身第一梯队，超过了100%的提交记录。
