队列定义
先进先出（FIFO)——先进队列的元素先出队列。来源于我们生活中的队列（先排队的先办完事）。
基本操作
- initQueue（） ——初始化队列
- enqueue（） ——进队列
- dequeue（） ——出队列
- isEmpty（） ——判断队列是否为空
- size（） ——判断队列中元素的数量
- isFull() -- 判断队列是否已满：仅在设定了队列的最大容量时有效
队列可以由数组和链表两种形式实现队列操作（java语言）本文将分别实现这两种队列。
一、链队列——队列的链式表示和实现：
功能分析：
- 这里，我们将队列表示为一条从最早插入的元素到最近插入的元素的链表，实例变量first执行队列的开头，实例变量last指向队列的结尾。
- 一个元素入列时，我们将它添加到链表尾部，为空时需要额外处理：first和last同时指向第一个元素。
- 一个元素出列时，我们删除链表的尾部元素。
- size：在实例内部持有一个私有属性保存这个值。
- isEmpty:当size为0时，表示为空。
使用链表可以达到的效果：
它可以处理任意类型的数据（使用泛型），所需的空间总是和集合的大小成正比，操作所需要的时间总是和集合的大小无关。
代码实现：
/**
*
* @Created on 2017-02-27 12:19
* 队列接口表示
*/
public interface FlowerQueue {
/**
* 初始化队列： 设定当前队列的最大容量，如果需要的话。
*/
void initQueue(int maxSize);
/**
* 进入队列
*/
void enqueue(T item);
/**
* 出队列
* @return
*/
T dequeue();
int size();
boolean isEmpty();
/**
* 是否已经不再允许添加新的元素
* @return
*/
boolean isFull();
}
/**
*
* @Created on 2017-02-27 12:26
* 链表实现的队列
*/
public class FlowerLinkedQueue implements FlowerQueue {
private int size;
private int maxSize;
private Node first;
private Node last;
public FlowerLinkedQueue() {
initQueue(16);
}
@Override
public void initQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
first = null;
last = null;
}
@Override
public void enqueue(T item) {
if (size() == maxSize) {
throw new RuntimeException("已经达到当前链表的最大容量");
}
Node oldLast = last;
last = new Node();
last.item = item;
last.next = null;
// 如果是第一个元素，需要将first指向last
if (isEmpty()) {
first = last;
} else {
oldLast.next = last;
}
size++;
}
@Override
public T dequeue() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
T item = first.item;
if (first.next == null) {
first = null;
last = null;
} else {
first = first.next;
}
size--;
return item;
}
@Override
public int size() {
return this.size;
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return this.size == 0;
}
@Override
public boolean isFull() {
return this.size == maxSize;
}
// 定义一个内部类, 作为链表结构
private class Node {
T item;
Node next;
}
}
/**
*
* @Created on 2017-02-27 17:20
* 链表实现的队列测试用例
*/
public class FlowerLinkedQueueTest {
@Test
public void test() {
FlowerLinkedQueue queue = new FlowerLinkedQueue();
for(int i=0; i<100; i++) {
if (i < 16) {
queue.enqueue(i);
} else {
Integer dequeue = queue.dequeue();
System.out.println("出队列的数值：" + dequeue);
}
System.out.println("当前队列长度：" + queue.size());
}
}
}
二、数组队列-底层为数组的队列：
这种方式，底层使用的是数组来存储数据，然后通过2个指针来控制入队和出队。
功能分析：
- 首先定义一个固定长度的数组。
- 定义两个指针，front代表队头，rear代表队尾。
- 随着元素不断的入队和出队，会出现一种情况：数组还没满，但是rear就要越界了。因此我们需要考虑使用循环数组。
- 所谓循环数组，就当rear出现越界情况时，对其进行取模，从而使新数据放到数组索引为0的位置，直到整个数组被放满。
- 当数组中的每个索引处都有值，又有新元素入队时，需要对数组进行动态扩容：新建一个数组，将原数组的数据拷贝过来。
代码实现：
实现类：
/**
*
* @Created on 2017-02-27 19:12
* 基于数组实现的队列
*/
public class FlowerArrayQueue implements FlowerQueue {
private T[] data;
public int size;
public int front;
public int rear;
private int capacity = 10;
public FlowerArrayQueue() {
initQueue(capacity);
}
@Override
public void initQueue(int maxSize) {
// 初始化操作
data = (T[]) new Object[maxSize];
size = 0;
}
@Override
public void enqueue(T item) {
// 扩容
if (size == data.length) {
// capacity = 2 * capacity
if (rear == 0) {
T[] bigger = (T[]) new Object[data.length * 2];
for (int i = front; i < data.length - front; i++) {
bigger[i] = data[i];
}
bigger[data.length] = item;
rear = data.length;
capacity = 2 * capacity;
front = 0;
data = bigger;
} else {
// capacity = 2 * capacity
T[] bigger = (T[]) new Object[data.length * 2];
for (int i = front; i < data.length - front + 1; i++) {
bigger[i - front] = data[i];
}
for (int i = 0; i < rear; i++) {
bigger[i + data.length - 1] = data[i];
}
data = bigger;
front = 0;
rear = data.length;
capacity = 2 * capacity;
}
}
if (size == 0) {
front = 0;
rear = 0;
}
data[rear] = item;
// 新增到队尾时，注意使用循环数组避免越界
rear = (rear + 1) % capacity;
size++;
}
@Override
public T dequeue() {
if (size == 0) {
return null;
}
T e = data[front];
data[front] = null;
// 队首取出后，注意使用循环数组避免越界
front = (front + 1) % capacity;
size--;
return e;
}
@Override
public int size() {
return this.size;
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
@Override
public boolean isFull() {
return size == capacity;
}
}
测试用例：
/**
*
* @Created on 2017-02-27 19:36
* 基于数组的队列结构 测试用例
*/
public class FlowerArrayQueueTest {
@Test
public void test() {
FlowerArrayQueue queue = new FlowerArrayQueue();
for(int i=0; i<100; i++) {
queue.enqueue(i);
System.out.println("当前队列长度：" + queue.size());
}
for(int i=0; i<200; i++) {
Integer dequeue = queue.dequeue();
System.out.println("当前出队元素：" + dequeue);
System.out.println("当前队列长度：" + queue.size());
}
}
}