队列

队列

  队列是一种常见的线性结构,遵循先进先出的原则,即先存入队列的元素要先取出,后存入队列的元素要后取出。

  队列的插入操作称为入队,入队在队尾进行;队列的删除操作称为出队,出队在队头进行。因此需要front和rear两个变量分别记录队头和队尾的位置,front随着出队操作而改变,rear随着入队操作而改变。

  具体操作如下:

  1. 定义队列时需要定义三个变量:存储容量maxSize、队头位标front、队尾位标rear。其中front存储队头元素的位标,rear存储队尾元素下一位置的位标。

  2. 入队:先判断队列是否已满,没有满就可以进行入队操作。元素入队后,rear需要自增,即rear++。

  3. 出队:先判断队列是否为空,不为空就可以进行出队操作。元素出队后,front需要自增,即front++。

  4. 判空:front == rear。

  5. 判满:rear == maxSize。

  以一个存储容量为5的队列为例,初始化后front = rear = 0:

  

  插入一个元素,rear自增:

  

  弹出一个元素,front自增:

  

  而当在4号位置插入元素后,rear = 5,此时表示队列已满:

  

  可以发现,front前面的空间已经无法再使用。

  也就是说,队列每个存储空间只能使用一次,无法复用。这是队列的一个重大缺陷。

代码实现

  入队:

1 public void enQueue(E e) {
2     if (isFull()) throw new QueueException("队列已满!");
3     elem[rear++] = e;
4 }
enQueue

  出队:

1 public E deQueue() {
2     if (isEmpty()) throw new QueueException("队列为空!");
3     E e = elem[front];
4     elem[front++] = null;
5     return e;
6 }
deQueue

  获取队头元素:

1 public E getHead() {
2     if (isEmpty()) return null;
3     return elem[front];
4 }
getHead

  判空:

1 public boolean isEmpty() {
2     return front == rear;
3 }
isEmpty

  判满:

1 public boolean isFull() {
2     return rear == maxSize;
3 }
isFull

循环队列

  循环队列是对队列的一种改进,具体为:rear不再是普通的自增,而是循环自增,即rear = (rear + 1) % maxSize。这样就可以实现队列的复用。

  以存储容量为5的循环队列为例:

  

  可以看到,插入元素5后,rear循环自增,回到了0号单元的位置。

  但是,在这种情况下:

  

  如果再插入一个元素,就会变成:

  

  可以看到,这时队列已满,front == rear。

  新的问题出现了:front == rear时,无法确定队列为空还是队列已满。此时有两种解决思路:

  1. 增加变量length表示队列中元素的个数。length == 0就表示队列为空,length == maxSize就表示队列已满。

  2. 预留一个空间。front == rear表示队列为空,front == (rear + 1) % maxSize表示队列已满。

代码实现

  采用第二种解决思路,预留一个空间。

  入队:

1 public void enQueue(E e) {
2     if (isFull()) throw new QueueException("队列已满!");
3     elem[rear] = e;
4     rear = (rear + 1) % maxSize;
5 }
enQueue

  出队:

1 public E deQueue() {
2     if (isEmpty()) throw new QueueException("队列为空!");
3     E e = elem[front];
4     elem[front] = null;
5     front = (front + 1) % maxSize;
6     return e;
7 }
deQueue

  获取队头元素:

1 public E getHead() {
2     if (isEmpty()) return null;
3     return elem[front];
4 }
getHead

  判空:

1 public boolean isEmpty() {
2     return front == rear;
3 }
isEmpty

  判满:

1 public boolean isFull() {
2     return front == (rear + 1) % maxSize;
3 }
isFull
原文地址:https://www.cnblogs.com/lqkStudy/p/11509422.html