数据结构之队列，知识详解

目录：

• 什么是队列？
• 队列有什么特性？
• 队列名词说明
• 队列类型详解
• 队列实操

正文：

什么是队列？

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队列有什么特性？

1. 只允许在一端插入和另一端删除
2. 遵循先进先出（FIFO）的原则

队列名词说明

1. 队列元素
队列的数据元素又称为队列元素
2. 入队
队列的数据元素又称为队列元素
3. 出队
从队列中删除一个队列元素称为出队

队列类型

顺序队列

定义：

顺序队列结构必须为其静态分配或动态申请一片连续的存储空间，并设置两个指针进行管理。一个是队头指针front，它指向队头元素；另一个是队尾指针rear，它指向下一个入队元素的存储位置。

操作逻辑：

每次在队尾插入一个元素是，rear增1；每次在队头删除一个元素时，front增1。随着插入和删除操作的进行，队列元素的个数不断变化，队列所占的存储空间也在为队列结构所分配的连续空间中移动。当front=rear时，队列中没有任何元素，称为空队列。当rear增加到指向分配的连续空间之外时，队列无法再插入新元素，但这时往往还有大量可用空间未被占用，这些空间是已经出队的队列元素曾经占用过得存储单元。

顺序队列中的溢出现象：

1. "下溢"现象：当队列为空时，做出队运算产生的溢出现象。“下溢”是正常现象，常用作程序控制转移的条件。
2. "真上溢"现象：当队列满时，做进栈运算产生空间溢出的现象。“真上溢”是一种出错状态，应设法避免。
3. "假上溢"现象：由于入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。当队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模时，也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作。该现象称为"假上溢"现象。

循环队列

定义
为了解决顺序队列的空间浪费情况，在此循环队列出世，可以使队列空间得到重复使用。
无论插入或删除，一旦rear指针增1或front指针增1 时超出了所分配的队列空间，就让它指向这片连续空间的起始位置。自己真从MaxSize-1增1变到0，可用取余运算rear%MaxSize和front%MaxSize来实现。这实际上是把队列空间想象成一个环形空间，环形空间中的存储单元循环使用，用这种方法管理的队列也就称为循环队列。
操作逻辑
在循环队列中，当队列为空时，有front=rear，而当所有队列空间全占满时，也有front=rear。为了区别这两种情况，规定循环队列最多只能有MaxSize-1个队列元素，当循环队列中只剩下一个空存储单元时，队列就已经满了。因此，队列判空的条件时front=rear，而队列判满的条件时front=（rear+1）%MaxSize。

队列实操

顺序队列实操

代码：

/**
 * 顺序队列
 */
System.out.println("**********顺序队列**************");
SequentialQueue sequentialQueue = new SequentialQueue<>(5, new String[5]);

//判断是否为空队列
System.out.println("判断是否为空队列：");
System.out.println(sequentialQueue.isEmpty());

//入队
System.out.println("顺序队列，入队 sequential queue hello world!：");
sequentialQueue.inQueue("sequential ");
sequentialQueue.inQueue("queue ");
sequentialQueue.inQueue("hello ");
sequentialQueue.inQueue("world!");
sequentialQueue.inQueue("1!");
sequentialQueue.display();

//获取队列大小
System.out.println("获取队列大小：");
System.out.println(sequentialQueue.getSize());

//获取队头
System.out.println("获取队头：");
System.out.println(sequentialQueue.getFront());

//出队
System.out.println("顺序队列，出队一次！");
sequentialQueue.outQueue();

//获取队列大小
System.out.println("获取队列大小：");
System.out.println(sequentialQueue.getSize());

//获取队头
System.out.println("获取队头：");
System.out.println(sequentialQueue.getFront());

//判断是否为空队列
System.out.println("判断是否为空队列：");
System.out.println(sequentialQueue.isEmpty());

//展示队列
sequentialQueue.display();

sequentialQueue.inQueue("11");
sequentialQueue.inQueue("12");

sequentialQueue.display();

结果：

**********顺序队列**************
判断是否为空队列：
true
顺序队列，入队 sequential queue hello world!：
展示队列：
sequential  
queue  
hello  
world! 
1! 

获取队列大小：
5
获取队头：
sequential 
顺序队列，出队一次！
获取队列大小：
4
获取队头：
queue 
判断是否为空队列：
false
展示队列：
queue  
hello  
world! 
1! 

展示队列：
queue  
hello  
world! 
1! 

循环队列实操

代码：

/**
 * 循环队列
 */
System.out.println("**********循环队列**************");
CircularQueue circularQueue = new CircularQueue<>(10, new String[10]);

//判断是否为空队列
System.out.println("判断是否为空队列：");
System.out.println(circularQueue.isEmpty());

//入队
System.out.println("循环队列，入队：");
circularQueue.inQueue("circular ");
circularQueue.inQueue("queue ");
circularQueue.inQueue("hello ");
circularQueue.inQueue("world!");
circularQueue.inQueue("5!");
circularQueue.inQueue("6!");
circularQueue.inQueue("7!");
circularQueue.inQueue("8!");
circularQueue.inQueue("9!");
circularQueue.inQueue("10!");
circularQueue.display();

//获取队列大小
System.out.println("获取队列大小：");
System.out.println(circularQueue.getSize());

//获取队头
System.out.println("获取队头：");
System.out.println(circularQueue.getFront());

//出队
System.out.println("循环队列，出队一次！");
circularQueue.outQueue();

//获取队列大小
System.out.println("获取队列大小：");
System.out.println(circularQueue.getSize());

//获取队头
System.out.println("获取队头：");
System.out.println(circularQueue.getFront());

//判断是否为空队列
System.out.println("判断是否为空队列：");
System.out.println(circularQueue.isEmpty());

//展示队列
circularQueue.display();

circularQueue.inQueue("10！");
circularQueue.inQueue("11！");
circularQueue.inQueue("12！");
circularQueue.display();

结果：

**********循环队列**************
判断是否为空队列：
true
循环队列，入队：
展示队列：
circular  
queue  
hello  
world! 
5! 
6! 
7! 
8! 
9! 

获取队列大小：
9
获取队头：
circular 
循环队列，出队一次！
获取队列大小：
8
获取队头：
queue 
判断是否为空队列：
false
展示队列：
queue  
hello  
world! 
5! 
6! 
7! 
8! 
9! 
null 

展示队列：
queue  
hello  
world! 
5! 
6! 
7! 
8! 
9! 
10！ 

—————————————END————————————