数据结构（3）：队列的原理和实现
完整代码拉到最底下
一、介绍
队列顾名思义就像我们生活中排队一样，先进先出。
如上图所示，25、16、5、9依次在队列中，按照顺序拿出的数据也分别是25、26、5、9。
二、实现过程及思路
底层使用数组来实现，实现的功能有插入数据到队尾、移除队首数据、查看队首数据、判断队列是否为空、判断队列是否存满。
将队列的元素存储在数组的某个区间内，队列在数组中是连续的，所以使用变量标记队列在数组中的位置。
1、编写类及属性
我们可以使用elements变量标记队列中元素的数量，使用front变量标记队首元素在数组的索引，end变量标记队尾元素在数组中的索引。
public class MyQueue {
private Object[] arr;//存放队列元素的数组
private int elements;//队列元素数量
private int front;//队头元素在数组中的索引
private int end;//队尾元素在数组中的索引
public MyQueue() {
arr = new Object[10];
elements = 0;
front = 0;
end = -1;
}
public MyQueue(int maxSize) {
arr = new Object[maxSize];
elements = 0;
front = 0;
end = -1;
}
}
2、队列是否为空
标记队列元数量的变量 elements 为 0 即为空
public boolean isEmpty() {
return elements == 0;
}
3、队列是否已经满了
队列元素个数与数组的长度相等即为满
public boolean isFull() {
return elements == arr.length;
}
4、获取队头元素
获取数组中索引为 front的元素
public Object peek() {
return arr[front];
}
5、移除队首元素
每次都是移除数组中索引为 front 的元素，下一个元素就变成了队首，即front+1，队列元素个数elements-1。共有三种情况要考虑，如果队列已经空了就无须做任何操作，如果已经是最后一个元素，直接将标记位置的变量重置即可，其他情况正常操作。
public Object remove() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列已经是空的，放心使用吧");
}
Object value = arr[front++];
//如果已经是最后一个元素了,将指针重置即可
if (elements == 1) {
end = -1;
front = 0;
elements = 0;
} else {
elements--;
}
return value;
}
6、插入
我们编写一个持续可用的队列，所以要考虑到以下情况。
(1)存储队列的数组满了(队列满了)，这个好理解，满了就无法向队尾加入元素了。
(2)因为队列在数组中是连续的，如果队列的元素在数组中最后，需要将元素从队首到队尾移到数组中第一位，也就是将后面的位置空出来(参考下图)。
public void insert(Object value) {
//检测队列是否已经满了
if (isFull()) {
throw new RuntimeException("队列内元素已达到设定长度");
}
//如果后面没有空位置，将余下元素放到数组的头
if (elements > 1 && end == arr.length - 1) {
int i = 0;
for (; i < elements; i++, front++) {
arr[i] = arr[front];
}
front = 0;
end = i-1;
}
//其他情况正常向后添加元素
arr[++end] = value;
elements++;
}
7、测试
public static void main(String[] args) {
MyQueue queue = new MyQueue(4);
queue.insert(11);
queue.insert(12);
queue.insert(13);
queue.insert(14);
queue.remove();
queue.remove();
queue.insert(16);
//queue.remove();
//queue.remove();
//queue.insert(19);
//queue.insert(20);
queue.remove();
queue.remove();
queue.insert(21);
queue.insert(22);
while (!queue.isEmpty()) {
System.out.println(queue.remove());
}
}
三、完整代码
package com.jikedaquan.datastruct;
public class MyQueue {
private Object[] arr;
private int elements;//队列元素数量
private int front;//队头元素在数组中的索引
private int end;//队尾元素在数组中的索引
public MyQueue() {
arr = new Object[10];
elements = 0;
front = 0;
end = -1;
}
public MyQueue(int maxSize) {
arr = new Object[maxSize];
elements = 0;
front = 0;
end = -1;
}
//从队尾插入
public void insert(Object value) {
//检测队列是否已经满了
if (isFull()) {
throw new RuntimeException("队列内元素已达到设定长度");
}
//如果后面没有空位置，将余下元素放到数组的头
if (elements > 1 && end == arr.length - 1) {
int i = 0;
for (; i < elements; i++, front++) {
arr[i] = arr[front];
}
front = 0;
end = i-1;
}
arr[++end] = value;
elements++;
}
//删除数据，从队头删除
public Object remove() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列已经是空的，放心使用吧");
}
Object value = arr[front++];
//如果已经是最后一个元素了,将指针重置即可
if (elements == 1) {
end = -1;
front = 0;
elements = 0;
} else {
elements--;
}
return value;
}
//查看数据，从队头查看
public Object peek() {
return arr[front];
}
//判断是否为空
public boolean isEmpty() {
return elements == 0;
}
public boolean isFull() {
return elements == arr.length;
}
public static void main(String[] args) {
MyQueue queue = new MyQueue(4);
queue.insert(11);
queue.insert(12);
queue.insert(13);
queue.insert(14);
queue.remove();
queue.remove();
queue.insert(16);
// queue.remove();
// queue.remove();
// queue.insert(19);
// queue.insert(20);
queue.remove();
queue.remove();
queue.insert(21);
queue.insert(22);
while (!queue.isEmpty()) {
System.out.println(queue.remove());
}
}
}
