622. 设计循环队列（难度：中等）

题目链接：https://leetcode.cn/problems/design-circular-queue/

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。

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；
• 请不要使用内置的队列库。

解法：（双指针+队列）

采用双指针，front 指向队头，rear 指向队尾（下一个插入位置），capacity表示队列总体空间。

为了区分队列是空还是满的，我们可以牺牲一个空间不用来存放东西。

几种情况：

（1）判断队列为空，只需要判断 front = rear，即队头和队尾指向同一个元素。

（2）判断队列是否满，只需要判断 (rear + 1) % capacity) == front，即队尾的下一个元素是不是队首。

（3）获取队首元素，先判断队列不为空，然后返回front指向的元素

（4）获取队尾元素，由于rear 指向队尾（下一个插入位置），所以真正的队尾是 rear - 1指向的位置，但是下标可能是上一次循环的下标，所以采用取余的方式计算，即(rear - 1 + capacity) % capacity指向的元素。

（5）插入元素，先判断队列是否已满，若未满，将元素插入至rear位置，再将rear移动到下一个位置(rear + 1) % capacity。

（6）删除元素，先判断队列是否为空，若不为空，将队首元素向后移动一位即可，即将front移动至(front + 1) % capacity位置。

代码：

class MyCircularQueue {
    private int front;
    private int rear;
    private int capacity;
    private int[] elements;

    public MyCircularQueue(int k) {
        capacity = k + 1;
        elements = new int[capacity];
        rear = front = 0;
    }

    public boolean enQueue(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }
        elements[rear] = value;
        rear = (rear + 1) % capacity;
        return true;
    }

    public boolean deQueue() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        front = (front + 1) % capacity;
        return true;
    }

    public int Front() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return elements[front];
    }

    public int Rear() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return elements[(rear - 1 + capacity) % capacity];
    }

    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    public boolean isFull() {
        return ((rear + 1) % capacity) == front;
    }
}