java之队列基础知识及实现

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）。因此具有先进先出的特性。

注：数据结构中的队列跟我们日常排队所产生的队列相似，都是从队尾进入队列，从队头出队列。

 

 下面是分别用链表和顺序表实现的队列基本操作。

1、链表：因为单链表的尾部需要通过遍历链表来找到该结点，而队列的入队操作又需要频繁的在链表的尾部插入数据，因此需要一个tail（尾部结点的引用）来指向链表的最后一个结点，每次直接访问tail引用的值就可以进行入队操作，其时间复杂度为O(1)。

public class MyQueue {
    // 链表实现队列
    static class Node{
        int val;
        Node next;
        Node(int val){
            this.val = val;
            next = null;
        }
    }
    Node head = null;
    Node tail = null;
    public void push(int val){
        Node tmp = new Node(val);
        if(head == tail){
            head = tmp;
            tail = tmp;
        }else{
            tail.next = tmp;
            tail = tail.next;
        }
    }
    public Integer pop(){
        if(head == null)
            return null;
        int number = head.val;
        if(head == tail){
            head = null;
            tail = null;
            return number;
        }
        head = head.next;
        return number;
    }
    public Integer top(){
        if(head == null)
            return null;
        return head.val;
    }
}

注：与上一篇栈不同的是，结点的结构类我定义成了静态内部类，若不加static关键字修饰，则没有办法创建这个类的实例对象，加入static关键字则表示该内部类与MyQueue类相关而不是与MyQueue的实例对象有关。

2、顺序表：因为顺序表是一块已经开辟好大小的空间，进行常规的入队出队操作必定会产生下面的现象：

 

 此时再入队一个元素4，队尾指针会指向顺序表后面的一块空间，再进行入队操作的时候就会产生数组访问越界的异常，其解决办法就是将其看作是一个首尾相接的环状空间，即我们所说的循环队列：

 

循环队列有一个缺点就是判空和判满的时候都是head == tail，没有办法很好的判断是满还是空，针对于这个问题，有两种常用的解决办法：

（1）牺牲一个元素的空间。队尾指向最后一个元素的下一个位置，当 head == tail 时则表示队列为空，若（tail +1）%data.length == head 时则表示队列为满。

（2）创建一个整型变量size，用来记录队列中的元素个数，当 size == data.length 时，则表示队列满了；size == 0 则表示队列为空。

我习惯上使用第二种方法解决这个问题，其代码如下：

public class MyQueue {
    private int[] data = new int[100];
    private int head = 0;
    private int tail = 0;
    private int size;
    public void push(int val){
        if(size == data.length){
            int[] newdata = new int[size+15];
            for(int i = 0; i<data.length;i++){
                newdata[i] = data[i];
            }
            data = newdata;
        }
        data[tail] = val;
        tail = (tail+1)%data.length;
    }
    public Integer pop(){
        if(size == 0)
            return null;
        int number = data[head];
        head = (head+1)%data.length;
        return number;
    }
    public Integer top(){
        if(size == 0)
            return null;
        return data[head];
    }
}

 

 

ps:若有不正确的地方或有什么疑问，欢迎提出，一起探讨~