队列: 只允许在一端进行插入操作(队尾),在另一端进行删除操作(队头)。 队列的特征就是: 先进先出。
队列的思想及实现也同样非常简单。在生活中的各种常常都需要排队进行,键盘中缓存区、操作系统中的作业调度等都有用到队列先进先出的思想。在这里同样用一个示意图展示队列的基本思想。
下面笔者才用数组存储元素,实现了一个循环队列。
队列中最重要的一个方法就是队列是否满的判断,
判断队列是否为满。队满: rear + 2 = front 或 front + maxSize -2 = rear
判断队列是否为空。队空: rear + 1 = front 或 front + maxSize -1 = rear
/** 判断队列是否为空。队空: rear + 1 = front 或 front + maxSize -1 = rear
* 通过数组容量比队列数据项的最大值大一,来区分对空和对满。
*/
public boolean isEmpty(){
return (rear + 1 == front || front + maxSize -1 == rear);
}
/**判断队列是否为满。 队满: rear + 2 = front 或 front + maxSize -2 = rear
* 通过数组容量比队列数据项的最大值大一,来区分对空和对满。
*/
public boolean isFull(){
return (rear + 2 == front || front + maxSize -2 == rear);
}
获取队列大小(元素个数):可以通过队头队尾计算出队列的大小,也可以通过一个计数器,当入队是加1,出队是减1.
/** 获取队列的大小
*/
public int queueSize(){
if(rear >= front){
return rear - front +1;
}else {
return maxSize - front + (rear + 1);
}
}
出队入队查看队头元素:
入队
出队
全部代码及测试:
package org.TT.Queue;
/**
* 循环队列: 先进先出
* 队列同样是个概念上的辅助工具。这里采用数组完成队列的操作,仍然采用泛型
* 队列的数据项的入队、出队时间复杂度为常数 O(1)。
* 通过队头队尾指针的移动保存所有数据位置不动,而不是移动数据项。
* 在这里,数组的大小比队列存放数据元素大1,主要是为了方便队满的判断。
*/
public class Queue<T> {
private int maxSize; // 队列最多容纳数量
private Object[] queueArray;
private int front; // 队头
private int rear; // 队尾
private int size;
public Queue(int length) {
maxSize = length;
queueArray = new Object[maxSize];
front = 0;
rear = -1;
size = 0;
}
/** 入队: 先将rear(队为指针) 加1, 后将数据项存入rear的位置。
* 当rear 指向maxSize -1 的位置时,将rear 设置为-1(循环队列),加1 后存入数据项。
*/
public void enQueue(T str){
if(isFull()){ // 入队之前先检查队列是否已满,已满则抛出异常。
throw new RuntimeException("队列已满," + str + " 不能入队!");
}
if(rear == maxSize -1){
rear = -1;
}
queueArray[++rear] = str; // 先将 rear 加1,后取值
size++;
}
/**出队: 先取出front 的值,然后将front 减1
* 如果 front 超过了数组的顶端,将 front 设置为 0(循环队列)
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public T deQueue(){
if(isEmpty()){ // 出队之前先检查队列是否为空, 为空则抛出异常。
throw new RuntimeException("队列为空,不能出队!");
}
T str = (T) queueArray[front++]; // 先去 queueArray[front] 的值,后将front 加1
if(front == maxSize){
front = 0;
}
size--;
return str;
}
/**查看对头数据项
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public T peek(){
if(isEmpty()){ // 查看队头时,判断是否为空, 为空则抛出异常。
throw new RuntimeException("队列为空!");
}
return (T) queueArray[front];
}
/** 判断队列是否为空。队空: rear + 1 = front 或 front + maxSize -1 = rear
* 通过数组容量比队列数据项的最大值大一,来区分对空和对满。
*/
public boolean isEmpty(){
return (rear + 1 == front || front + maxSize -1 == rear);
}
/**判断队列是否为满。 队满: rear + 2 = front 或 front + maxSize -2 = rear
* 通过数组容量比队列数据项的最大值大一,来区分对空和对满。
*/
public boolean isFull(){
return (rear + 2 == front || front + maxSize -2 == rear);
}
/** 获取队列的大小
*/
public int queueSize(){
/* 可以通过队头队尾计算出队列的大小,也可以通过一个计数器,当入队是加1,出队是减1.
if(rear >= front){
return rear - front +1;
}else {
return maxSize - front + (rear + 1);
}
*/
return size;
}
public static void main(String[] args) {
Queue<String> queue = new Queue<>(5);
queue.enQueue("a");
queue.enQueue("b");
queue.enQueue("c");
queue.enQueue("d");
queue.deQueue();
queue.deQueue();
System.out.println("队列是否为空: " + queue.isEmpty() + " 队列是否满: " + queue.isFull());
System.out.println("队列大小:" + queue.queueSize());
int size = queue.queueSize();
for(int i = 0; i < size; i++){
String str = queue.deQueue();
System.out.print(str + " ");
}
}
}
结果
关于链队列只是在单链表的基础上多了简单的修改,在单链表中添加一个尾指针即可,每次入队、出队只分别对单链表的队尾和队首进行插入和删除在操作,由于链队没有队满的限制,所以相对于非常简单,而判空操作只需判断 front == rear 是否成立。 在这里笔者就不列出链队列。在java库中也有队列相关的接口及实现并且还有双端队列、优先队列等类。