循环数组 - C++

循环数组是一种特殊的数据结构，它可以在一定程度上简化程序的实现，提高程序的效率。

定义

循环数组是一种采用环型存储结构的线性表。它的特点是将数组的头尾相接，形成一个环型结构，当数组尾部达到数组长度时，再从数组头部开始存储数据，实现了循环存储的功能。

template<class T, int size>
class CircularArray {
public:
    CircularArray() {
        head_ = tail_ = 0;
    }

    // 循环移动指针
    inline int MovePointer(int p, int step) {
        return ((p + step) + size) % size;
    }

    // 添加元素到数组尾部
    void PushBack(T val) {
        if (IsFull())
            return;
        data_[tail_] = val;
        tail_ = MovePointer(tail_, 1);
    }

    // 删除数组尾部元素
    void PopBack() {
        if (IsEmpty())
            return;
        tail_ = MovePointer(tail_, -1);
    }

    // 添加元素到数组头部
    void PushFront(T val) {
        if (IsFull())
            return;
        head_ = MovePointer(head_, -1);
        data_[head_] = val;
    }

    // 删除数组头部元素
    void PopFront() {
        if (IsEmpty())
            return;
        head_ = MovePointer(head_, 1);
    }

    // 获取数组尾部元素
    T Back() {
        if (IsEmpty())
            return NULL;
        return data_[MovePointer(tail_, -1)];
    }

    // 获取数组头部元素
    T Front() {
        if (IsEmpty())
            return NULL;
        return data_[head_];
    }

    // 判断数组是否为空
    bool IsEmpty() {
        return (head_ == tail_);
    }

    // 判断数组是否已满
    bool IsFull() {
        return (MovePointer(tail_, 1) == head_);
    }

private:
    int head_;
    int tail_;
    T data_[size];
};

实现

在定义循环数组时，我们需要定义数组的容量大小，以及两个指针head和tail，用于指向数组的头部和尾部。

循环数组的元素添加与删除操作与普通的数组一样，不同的是，当数组的尾部达到数组长度时，我们需要将tail指向数组头部，实现循环存储的功能。为了实现这个功能，我们需要实现一个MovePointer函数，用于循环移动指针。

inline int MovePointer(int p, int step) {
    return ((p + step) + size) % size;
}

在数组尾部添加元素时，只需将元素存储到tail所指向的数组下标处，并将tail指向下一个数组下标。删除数组尾部元素时，只需将tail指针往前移动一个数组下标。

在数组头部添加元素时，需要将head指针往前移动一个数组下标，并将元素存储到head所指向的数组下标处。删除数组头部元素时，只需将head指针往后移动一个数组下标。

此外，我们还可以提供函数获取数组头部和尾部的元素，以及判断数组是否为空或已满。

总结

通过对循环数组的实现，我们可以看出它的优点主要在于，它可以大大简化程序设计，提高程序的效率。不过，在使用循环数组时，我们需要格外注意循环数组的边界，以及循环移动指针时的处理方式。