2.4数组队列

一.队列的概念
（1）队列也是一种线性结构
（2）相比数组，队列对应的操作是数组的子集
（3）只允许在一端插入数据操作，在另一端进行删除数据操作，进行插入操作的一端称为队尾（入队列），进行删除操作的一端称为队头（出队列）
（4）队列是一种先进先出的数据结构（FIFO）
此处我们先来学习一下顺序队列 ，顺序队列 就是用数组实现：比如有一个ｎ个元素的队列，数组下标0的一端是队头，入队操作就是通过数组下标一个个顺序追加，不需要移动元素，但是如果删除队头元素，后面的元素就要往前移动，对应的时间复杂度就是O(n)。

image.png

对于队列，我们关注的相关实现如下：

image.png

二、代码实现
对于该节的相关代码，我们新建一个package（Queue）,同时为了理解方便，此时把动态数组相关代码拷贝到该包中。
1.先创建一个Queue接口，里面定义上面所述的方法

package Queue;

public interface Queue {
    //获取队列中元素个数
    int getSize();

    //队列中元素是否为空
    boolean isEmpty();

    //入队列
    void enqueue(E e);

    //出队列
    E dequeue();

    //获取队首元素
    E getFront();
}

2.创建一个类ArrayQueue实现Queue接口并重写Object类的toString()方法

package Queue;

public class ArrayQueue implements Queue {
    private DynamicArray array;


    //构造函数，传入队列的容量capacity构造函数
    public ArrayQueue(int capacity) {
        array = new DynamicArray(capacity);
    }

    //无参构造函数，默认队列的容量capacity=10
    public ArrayQueue() {
        array = new DynamicArray();
    }

    //获取队列中元素数据是否为空
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }

    //获取队列中元素个数
    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }

    //获取队列的容量
    public int getCapacity() {
        return array.getCapacity();
    }

    //入队操作
    @Override
    public void enqueue(E e) {
        array.addLast(e);
    }

    //出队操作
    @Override
    public E dequeue() {
        return array.removeFirst();
    }

    //获取队首元素
    @Override
    public E getFront() {
        return array.getFirst();
    }

    //重写object类的toString方法
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Queue:");
        res.append("front [");//体现左侧为队首
        for (int i = 0; i < array.getSize(); i++) {
            res.append(array.get(i));
            if (i != array.getSize() - 1) {
                res.append(",");
            }
        }
        res.append("] rear");//体现右侧为队尾
        return res.toString();
    }
}

3.测试
新建一个TestMain类，添加一个main函数来测试我们编写好的ArrayQueue类
相关代码如下：

package Queue;
public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            queue.enqueue(i);
            System.out.println(queue);
            if(i%3==2){//每添加3个元素出队列一个
                queue.dequeue();
                System.out.println(queue);
            }
        }
    }
}

image.png

三、数组队列的复杂度分析

image.png

对于出队的时间复杂度为O(n)的解释：

由于实现数组队列的底层是动态数组，入队操作就是通过数组下标一个个顺序追加，不需要移动元素，但是如果删除队头元素（removeFirst()方法），后面的元素就要往前移动，对应的时间复杂度就是O(n)。这样当有数组中有大量数据时性能肯定是不好的，下一节我们将进行改进，使得出队的时间复杂度为O(1)。
源码地址 https://github.com/FelixBin/dataStructure/tree/master/src/Queue