关于队列结构这一篇就够了

队列(Queue)是一种特殊的线性数据结构,其特性是“先进先出”(FIFO,First In First Out)。它只允许在一端(称为队尾,Rear)进行插入操作,在另一端(称为队头,Front)进行删除操作。

队列结构的概念

队列是由一系列元素组成的数据集合,这些元素遵循先进先出(FIFO)的原则。队列的主要操作包括:

  • enqueue(element): 在队尾插入一个元素。
  • dequeue(): 从队头删除一个元素,并返回该元素。
  • front(): 返回队头元素,但不删除它。
  • rear(): 返回队尾元素(在某些实现中可能不提供此方法,因为队列通常只关注队头元素)。
  • isEmpty(): 判断队列是否为空。
  • isFull(): 判断队列是否已满(这取决于队列的实现方式和可用的存储空间)。
  • clear(): 清空队列。
  • size(): 返回队列中元素的个数。

队列结构的特点

  • 先进先出(FIFO):最先进入队列的元素最先出队列。
  • 队头(Front):队列的起始位置,队头元素是第一个入队列的元素,也是第一个出队列的元素。
  • 队尾(Rear):队列的当前末端位置,队尾元素是最后一个入队列的元素。

队列的代码实现

public class Queue<T> {
private Object[] elements;
private int front; // 队头索引
private int rear; // 队尾索引
private int size; // 队列中元素的个数
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 默认容量
// 初始化队列,可指定容量
public Queue(int capacity) {
this.elements = new Object[capacity];
this.front = 0;
this.rear = -1;
this.size = 0;
}
// 默认初始化队列,容量为10
public Queue() {
this(DEFAULT_CAPACITY);
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
// 判断队列是否已满(仅针对固定大小的队列)
public boolean isFull() {
return size == elements.length;
}
// 扩容队列(可选,这里没有实现,因为数组大小固定)
// ...
// 入队列操作
public void enqueue(T item) {
if (isFull()) {
throw new IllegalStateException("Queue is full");
}
elements[++rear] = item; // 先移动队尾索引,再赋值
size++;
}
// 出队列操作
public T dequeue() {
if (isEmpty()) {
throw new IllegalStateException("Queue is empty");
}
T item = (T) elements[front]; // 取出队头元素
elements[front] = null; // 帮助垃圾回收
front = (front + 1) % elements.length; // 循环队列,更新队头索引
size--;
return item;
}
// 读队头数据
public T front() {
if (isEmpty()) {
throw new IllegalStateException("Queue is empty");
}
return (T) elements[front];
}
// 读队尾数据(如果存在)
public T rear() {
if (isEmpty()) {
throw new IllegalStateException("Queue is empty");
}
return (T) elements[rear];
}
// 清空队列
public void clear() {
for (int i = 0; i < elements.length; i++) {
elements[i] = null;
}
front = 0;
rear = -1;
size = 0;
}
// 队列长度
public int size() {
return size;
}
// 打印队列中元素(仅用于调试)
@Override
public String toString() {
if (isEmpty()) {
return "Queue: []";
}
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Queue: [");
for (int i = front; i <= rear; i++) {
sb.append(elements[i % elements.length]).append(", ");
}
sb.setLength(sb.length() - 2); // 去掉最后的逗号和空格
sb.append("]");
return sb.toString();
}
}

请注意,这个实现假设队列是一个循环队列,这意味着当队尾到达数组的末尾时,它会循环回到数组的开头。这样,队列可以充分利用数组的空间,而不需要在每次添加或删除元素时都移动数组中的其他元素。此外,我还添加了一个rear方法,用于读取队尾元素(如果队列不为空)。

这个类现在提供了一个完整的队列实现,包括基本的入队列、出队列、读队头、读队尾、判断队列是否为空或满、清空队列和获取队列长度等操作。

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