C#环形队列的满/空判断优化（高性能队列实现技巧详解）

传统判断方式的问题

最直观的想法是：当 front == rear 时，队列为空；当 (rear + 1) % capacity == front 时，队列为满。但这里有个陷阱——空和满的状态在某些情况下会重合！

例如，假设我们有一个容量为5的数组（实际只能存4个元素），初始时 front = rear = 0，此时队列为空。当我们入队4个元素后，rear 会回到0（因为 (0+4)%5=4，再入队一次 rear=(4+1)%5=0），此时 front == rear == 0，但队列其实是满的！

优化方案一：牺牲一个存储单元

这是最常见的解决方案。我们将数组的实际容量设为 N，但只允许存储 N-1 个元素。这样就能通过 front == rear 判断空，通过 (rear + 1) % N == front 判断满，两者不会冲突。

public class CircularQueue{    private int[] data;    private int front;   // 队头指针    private int rear;    // 队尾指针    private int capacity; // 数组总容量（实际最多存 capacity - 1 个元素）    public CircularQueue(int size)    {        capacity = size + 1; // 多分配一个位置        data = new int[capacity];        front = rear = 0;    }    public bool IsEmpty() => front == rear;    public bool IsFull() => (rear + 1) % capacity == front;    public bool Enqueue(int value)    {        if (IsFull()) return false;        data[rear] = value;        rear = (rear + 1) % capacity;        return true;    }    public bool TryDequeue(out int value)    {        if (IsEmpty())        {            value = default;            return false;        }        value = data[front];        front = (front + 1) % capacity;        return true;    }}

优化方案二：使用计数器

另一种思路是引入一个 count 变量，记录当前队列中的元素个数。这样判断就变得非常简单：

• 空：count == 0
• 满：count == capacity

这种方式逻辑清晰，且能充分利用全部存储空间，但需要额外维护一个整型变量。

public class CircularQueueWithCounter{    private int[] data;    private int front;    private int rear;    private int count;    private readonly int capacity;    public CircularQueueWithCounter(int size)    {        capacity = size;        data = new int[capacity];        front = rear = count = 0;    }    public bool IsEmpty() => count == 0;    public bool IsFull() => count == capacity;    public bool Enqueue(int value)    {        if (IsFull()) return false;        data[rear] = value;        rear = (rear + 1) % capacity;        count++;        return true;    }    public bool TryDequeue(out int value)    {        if (IsEmpty())        {            value = default;            return false;        }        value = data[front];        front = (front + 1) % capacity;        count--;        return true;    }}

两种方案对比

总结

在C#中实现环形队列时，正确处理满/空判断是关键。无论是采用“牺牲一个单元”还是“使用计数器”的方法，都能有效避免状态混淆问题。选择哪种方案取决于你的具体需求：如果内存极其敏感，可选第一种；如果追求代码清晰和空间效率，第二种更佳。

掌握这些C#数据结构优化技巧，不仅能提升程序性能，还能让你在面试或项目中脱颖而出。希望这篇教程能帮助你彻底理解高性能队列实现的核心思想！

关键词回顾：C#环形队列、环形队列满空判断、高性能队列实现、C#数据结构优化