用java以数组为底层结构创建循环队列

用java以数组为底层结构创建循环队列

循环队列相对于普通队列最大的变化就是添加了一个头指针head，尾指针tail。原先的普通数组队列当入队列再出队列之后，前面就会空出位置，如果要再添加元素的话只能往尾部添加，当添加到容积大小的索引时就会自动扩容往后添加，但永远都不能在前面出队的空出的位置添加，前面的位置就浪费了。循环队列很有效的解决了这一问题，通过两个指针对capacity容积取余来改变指针指向位置从而杜绝上述问题。

尾指针是入队位置的索引，每入队一个元素后，tail++。头指针是出队元素的索引，每出队一个元素后，head++。但是怎么才能循环呢？当尾指针等于capacity时，说明需要改变尾指针到开头位置来插入元素了，tail=(tail+1)%capacity。如果用这样的方法，那队满条件也得改变：(tail+1)%capacity==head。

代码如下：

looparr：底层结构：循环数组

public class LoopArr<T> {
    private T[] value;    //保存数据
    int size;   //实际存放个数
    int capacity;   //容积

    private int head;
    private int tail;

    //  构造方法
    public LoopArr(int capacity){
        //因为队满时要空出来一个位置，所以容积需要相较于之前的普通数组加1
        if(capacity<=0){
            this.capacity=11;
        }else {
            this.capacity=capacity+1;
        }
        this.size=0;
        this.head=this.tail=0;
        this.value=(T[])(new Object[this.capacity]);
        //不可以直接new一个T[]类型，所以需要先new一个Object[]类型然后转为T[]
    }

    //判断数组是否为空
    public boolean IsEmpty(){
        if(this.head==this.tail){
            return true;
        }else{
            return false;
        }
    }

    //向数组中添加元素
    public void add(T data){
        //扩容
        if((this.tail+1)%this.capacity==this.head){   //如果数组满了就重新设置容积
            resize((this.capacity-1)*2+1);  //先把容积变为原先的容积，再×2，加1是循环队列队满时有一个空
        }
        this.value[this.tail]=data;
        //因为是循环的，当队尾指到最后了就需要重新回到第一个位置继续加
        this.tail=(this.tail+1)%this.capacity;
        this.size++;
    }

    //移除队首元素
    public T remove(){
        //缩容
        if(this.size<=this.capacity/4&&this.capacity/2>0){
            resize((this.capacity-1)/2+1);  //与扩容同理
        }
        if(IsEmpty()){
            return null;
        }else{
            T e=this.value[head];
            this.value[head]=null;
            //head指向末尾时需要重新循环到开头，所以如下
            this.head=(this.head+1)%this.capacity;
            this.size--;
            return e;
        }
    }

    //重新给容积
    private void resize(int newcapacity){
        //由于数组的容积都是不变的所以需要新建一个数组
        T [] newvalue=(T[])(new Object[newcapacity]);
        //转移数组
        for (int i = 0; i < this.size; i++) {
            newvalue[i]=this.value[(this.head+i)%this.capacity];    //给新数组赋值，此时capacity还没有变，所以%this.capacity
        }
        //改变容器，数组
        this.value=newvalue;
        this.capacity=newcapacity;
        this.head=0;    //从头开始
        this.tail=this.size;    //尾指针指向最后一个元素的下一个位置也就是size
    }

    public int getHead() {
        return head;
    }

    public int getTail() {
        return tail;
    }

    //获取索引位置的值
    public T getindexdata(int index){
        if(index<0||index>this.capacity){
            throw new IllegalArgumentException("index is invalid.");
        }
        return this.value[index];
    }
    
    //获取实际长度
    public int getSize() {
        return this.size;
    }
    //获取数组的容积
    public int getCapacity() {
        return this.capacity;
    }
}

队列接口：用于被循环队列实现功能

public interface selfqueue<T> {
    //入队
    void offer(T e);

    //出队
    T poll();

    //查看队首元素
    T peak();

    //队列中元素的个数
    int getsize();

    //队列是否为空
    boolean IsEmpty();
}

LoopQueue：

public class LoopQueue<T> implements selfqueue<T> {

    private LoopArr<T> data;

    public LoopQueue(){
        this.data=new LoopArr<T>(10);
    }

    //入队
    public void offer(T e) {
        this.data.add(e);
    }

    //出队
    public T poll() {
        return this.data.remove();
    }

    //获得队首元素
    public T peak() {
        return this.data.getindexdata(this.data.getHead());
    }

    //获取长度
    public int getsize() {
        return this.data.getSize();
    }

    //获取容积
    public int getcapacity(){return this.data.getCapacity();}

    //判断是否为空
    public boolean IsEmpty() {
        return this.data.IsEmpty();
    }
}

测试：

public class queuetest<T> {
    public void test(LoopQueue queue, List<T> list){
        //开始时间
        long startTime=System.nanoTime();
        //入队
        System.out.println("队尾先进，入队顺序：");
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            queue.offer(list.get(i));
            System.out.print(list.get(i)+" ");
        }
        System.out.println("size:"+queue.getsize());
        System.out.println("capacity:"+queue.getcapacity());
        System.out.println("队列中元素个数："+queue.getsize());
        System.out.println("队头元素："+queue.peak());
        //出队
        System.out.println("队头先出，出队顺序：");
        while(!queue.IsEmpty()){
            T e= (T) queue.poll();
            System.out.print(e+" ");
        }
        //结束时间
        long endTime=System.nanoTime();
        System.out.println("总耗时："+(endTime-startTime)/1000000000.0+"s");
    }

    public static void main(String[] args) {
        queuetest<Integer> qt=new queuetest<Integer>();
        selfqueue<Integer> queue=new LoopQueue<Integer>();   //继承了selfqueue的LoopQueue来实现selfqueue
        List<Integer> list=new ArrayList<Integer>();
        Random r=new Random();
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            list.add(r.nextInt(100));
        }
        qt.test((LoopQueue) queue,list);
    }
}