中等

问题描述

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 true。
• deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回 true。
• 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

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；
• 最多调用 enQueue, deQueue，Front，Rear，isEmpty 和 isFull 3000 次
• 请不要使用内置的队列库。

数组模拟

初始化时构建一个长度为 $k$ 的数组，分别使用两个指针 $head$ 和 $tail$ 指向队列的头部和尾部，使用 $empty$ 标记队列是否为空。

• 入队操作，若队列为满，则插入到 $tail$ 指向的位置，然后 $tail$ 指向下一个位置，$empty$ 标记设置为 $false$，下一个位置计算方式为 $tail = (tail + 1)\;\text{mod}\;k$
• 出队操作，若队列非空，则 $head$ 指向下一个位置，下一个位置计算方式为 $head = (head + 1)\;\text{mod}\;k$，若此时 $head == tail$，则说明队列被清空，$empty$ 标记设置为 $true$
• 获取队首元素操作，若队列非空，则返回 $head$ 指向元素
• 获取队尾元素操作，若队列非空，则返回 $tail$ 指向的前一个元素，计算方法为 $(tail + k - 1) \;\text{mod}\; k$
• 检查循环队列是否为空操作，返回 $empty$ 标记即可
• 检查循环队列是否已满操作，当队列非空且$head$ 和 $tail$指向同一位置，说明队列已满

/**
 * @param {number} k
 */
var MyCircularQueue = function (k) {
  this.k = k
  this.queue = new Array(k)
  this.empty = true
  this.head = 0
  this.tail = 0
}

/**
 * @param {number} value
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.enQueue = function (value) {
  if (this.isFull()) return false
  this.queue[this.tail] = value
  this.tail = (this.tail + 1) % this.k
  this.empty = false
  return true
}

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.deQueue = function () {
  if (this.isEmpty()) return false
  this.head = (this.head + 1) % this.k
  this.empty = this.head === this.tail
  return true
}

/**
 * @return {number}
 */
MyCircularQueue.prototype.Front = function () {
  if (this.isEmpty()) return -1
  return this.queue[this.head]
}

/**
 * @return {number}
 */
MyCircularQueue.prototype.Rear = function () {
  if (this.isEmpty()) return -1
  return this.queue[(this.tail + this.k - 1) % this.k]
}

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isEmpty = function () {
  return this.empty
}

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isFull = function () {
  return !this.empty && this.head === this.tail
}

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

• 时间复杂度：初始化和每项操作的时间复杂度均为 $O(1)$。
• 空间复杂度：$O(k)$，其中 $k$ 为给定的队列元素数目。