【数据结构】 队列(Queue)与队列的模拟实现

队列(Queue)的概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有==先进先出FIFO(FirstIn First Out) ==入队列：

进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear） 出队列：

进行删除操作的一端称为队头（Head/Front）

队列的使用

在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。

队列在使用时有以下方法：

注意：Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口。

使用如下：

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
        q.offer(1);
        q.offer(2);
        q.offer(3);
        q.offer(4);
        q.offer(5); // 从队尾入队列
        System.out.println(q.size());
        System.out.println(q.peek()); // 获取队头元素
        q.poll();
        System.out.println(q.poll()); // 从队头出队列，并将删除的元素返回
        if(q.isEmpty()){
            System.out.println("队列空");
        }else{
            System.out.println(q.size());
        }
    }
}

运行结果如下：

队列的模拟实现

队列中既然可以存储元素，那底层肯定要有能够保存元素的空间，通过前面线性表的学习了解到常见的空间类型有两种：顺序结构 和 链式结构。

这里博主为大家演示一个双链表模拟实现队列

创建队列

其实就是创建一个双链表，这里就不做过多赘述了，实现如下：

    public static class ListNode {
        ListNode next;
        ListNode prev;
        int value;

        ListNode(int value) {
            this.value = value;
        }
    }

    ListNode first; // 队头
    ListNode last; // 队尾
    int size = 0;

入队列

向双向链表位置插入新节点，做法如下：

• 创建一个节点newNode接收传进来的元素
• 判断该队列是否为null
• 若为null，则该元素就是队头
• 若不为null，则将该元素的前驱节点设置为last；
• last的后继节点变为newNode
• newNode变为新的尾节点
• size++

实现如下：

    // 入队列
    public void offer(int e) {
        ListNode newNode = new ListNode(e);
        if (first == null) {
            first = newNode;
// last = newNode;
        } else {
            last.next = newNode;
            newNode.prev = last;
// last = newNode;
        }
        last = newNode;
        size++;
    }

出队列

将双向链表第一个节点删除掉，做法如下：

• 分为几种情况
• 当队列为空时
• 则直接返回队列为空的异常，自定义异常如下

public class EmptyException extends RuntimeException{
    public EmptyException() {
    }

    public EmptyException(String message) {
        super(message);
    }
}

• 当队列中只有一个元素----链表中只有一个节点时—直接删除
• 当队列中有多个元素—链表中有多个节点----将第一个节点删除

实现如下：

    // 出队列---将双向链表第一个节点删除掉
    public int poll() {
// 1. 队列为空
// 2. 队列中只有一个元素----链表中只有一个节点---直接删除
// 3. 队列中有多个元素---链表中有多个节点----将第一个节点删除
        int value = 0;
        if (first == null) {
            throw new EmptyException("队列为空");
        } else if (first == last) {
            last = null;
            first = null;
        } else {
            value = first.value;
            first = first.next;
            first.prev.next = null;
            first.prev = null;
        }
        --size;
        return value;
    }

获取队头元素

获取链表中第一个节点的值域

• 若队列为null，抛出异常
• 若不为null，返回队头的元素

实现如下：

    // 获取队头元素---获取链表中第一个节点的值域
    public int peek() {
        if (first == null) {
            throw new EmptyException("队列为空");
        }
        return first.value;
    }

获取队列长度

直接返回size就好

实现如下：

   public int size() {
        return size;
    }

判断是否为空

直接判断对头是否为null，然后返回就好

实现如下：

    public boolean isEmpty(){
        return first == null;
    }

完整代码

MyQueue实现如下：

public class MyQueue {
    // 双向链表节点
    public static class ListNode {
        ListNode next;
        ListNode prev;
        int value;

        ListNode(int value) {
            this.value = value;
        }
    }

    ListNode first; // 队头
    ListNode last; // 队尾
    int size = 0;

    // 入队列---向双向链表位置插入新节点
    public void offer(int e) {
        ListNode newNode = new ListNode(e);
        if (first == null) {
            first = newNode;
// last = newNode;
        } else {
            last.next = newNode;
            newNode.prev = last;
// last = newNode;
        }
        last = newNode;
        size++;
    }

    // 出队列---将双向链表第一个节点删除掉
    public int poll() {
// 1. 队列为空
// 2. 队列中只有一个元素----链表中只有一个节点---直接删除
// 3. 队列中有多个元素---链表中有多个节点----将第一个节点删除
        int value = 0;
        if (first == null) {
            throw new EmptyException("队列为空");
        } else if (first == last) {
            last = null;
            first = null;
        } else {
            value = first.value;
            first = first.next;
            first.prev.next = null;
            first.prev = null;
        }
        --size;
        return value;
    }

    // 获取队头元素---获取链表中第一个节点的值域
    public int peek() {
        if (first == null) {
            throw new EmptyException("队列为空");
        }
        return first.value;
    }
    public int size() {
        return size;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return first == null;
    }
}

双端队列 (Deque)

双端队列（deque）是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列

deque 是 “double ended queue” 的简称。

那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

在实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();//双端队列的线性实现
Deque<Integer> queue = new LinkedList<>();//双端队列的链式实现

⭕总结

关于《 【数据结构】 栈（Stack）与栈的模拟实现》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！