622. 设计循环队列 : 数组模拟循环队列后端

题目描述这是 LeetCode 上的 622. 设计循环队列，难度为中等。
Tag : 「设计数据结构」、「队列」
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。

数据结构创建一个长度为 $k$ 的数组充当循环队列，使用两个变量 he 和 ta 来充当队列头和队列尾（起始均为 $0$），整个过程 he 始终指向队列头部，ta 始终指向队列尾部的下一位置（待插入元素位置）。
两变量始终自增，通过与 $k$ 取模来确定实际位置。
分析各类操作的基本逻辑：

isEmpty 操作：当 he 和 ta 相等，队列存入元素和取出元素的次数相同，此时队列为空；
isFull 操作：ta - he 即队列元素个数，当元素个数为 $k$ 个时，队列已满；
enQueue 操作：若队列已满，返回 $-1$，否则在 nums[ta % k] 位置存入目标值，并将 ta 指针后移；
deQueue 操作：若队列为空，返回 $-1$，否则将 he 指针后移，含义为弹出队列头部元素；
Front 操作：若队列为空，返回 $-1$，否则返回 nums[he % k] 队头元素；
Rear 操作：若队列为空，返回 $-1$，否则返回 nums[(ta - 1) % k] 队尾元素；

Java 代码：

class MyCircularQueue { int k, he, ta; int[] nums; public MyCircularQueue(int _k) { k = _k; nums = new int[k]; } public boolean enQueue(int value) { if (isFull()) return false; nums[ta % k] = value; return ++ta >= 0; } public boolean deQueue() { if (isEmpty()) return false; return ++he >= 0; } public int Front() { return isEmpty() ? -1 : nums[he % k]; } public int Rear() { return isEmpty() ? -1 : nums[(ta - 1) % k]; } public boolean isEmpty() { return he == ta; } public boolean isFull() { return ta - he == k; } }

TypeScript 代码：

class MyCircularQueue { k: number = 0; he: number = 0; ta: number = 0; nums: number[]; constructor(k: number) { this.k = k this.nums = new Array(this.k) } enQueue(value: number): boolean { if (this.isFull()) return false this.nums[this.ta % this.k] = value return this.ta++ >= 0 } deQueue(): boolean { if (this.isEmpty()) return false return this.he++ >= 0 } Front(): number { return this.isEmpty() ? -1 : this.nums[this.he % this.k] } Rear(): number { return this.isEmpty() ? -1 : this.nums[(this.ta - 1) % this.k] } isEmpty(): boolean { return this.he == this.ta } isFull(): boolean { return this.ta - this.he == this.k } }

时间复杂度：构造函数复杂度为 $O(k)$，其余操作复杂度为 $O(1)$
空间复杂度：$O(k)$

最后这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.622 篇，系列开始于 2021/01/01，截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目，部分是有锁题，我们将先把所有不带锁的题目刷完。
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