目录
一、队列概述
二、队列的模拟实现
1、入队
2、出队
3、取队头元素
4、获取队列长度
三、循环队列
1、入队
2、出队
3、取队头元素
4、取队尾元素
四、面试题
1、用队列实现栈
2、用栈实现队列
一、队列概述
队列也是常见的数据结构，是一种线性数据结构，队列的主要特点：“先进后出”。
队列有队头和队尾，一般在队尾进行插入操作，队头进行删除操作。
二、队列的模拟实现
在实现队列时可以使用链表也可以使用数组，但是链表的长度不受限制，不需要一段连续的空间，所以此处采用链表进行模拟实现。
在单链表进行模拟实现队列时，除了定义头结点外，还需要定义尾结点以确保在插入元素时时间复杂度为O(1),还定义一个usedSize来表示队列的长度。
1、入队
在入队时首先应该判断队列是否为空，如果队列为空，就将head和last都指向新插入的结点；如果队列不为空，就将新插入的结点插入到last指向结点的后面。这两种情况都需要将队列的有效长度加1。
//入队
public void offer(int val){
QNode qNode=new QNode(val);
if(head==null){
head=qNode;
last=head;
}else{
last.next=qNode;
last=qNode;
}
usedSize++;
}
2、出队
在出队列时，首先需要判断队列是否为空，若不为空，就取出head结点的值，将head后移，在此处也需要判断此时的head是否为null，若为null则也需要将last置为null，然后将队列的有效长度减一。
//出队
public int poll(){
if(isEmpty()){
System.out.println("队列为空");
return -1;
}else{
int val=head.val;
head=head.next;
if(head==null){
last=head;
}
usedSize--;
return val;
}
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty(){
if(usedSize==0){
return true;
}else{
return false;
}
}
3、取队头元素
若队列为空则无法获取，否则直接获取head的val值。
//取队头元素
public int peek(){
if(head==null){
return -1;
}else{
return head.val;
}
}
4、获取队列长度
直接返回链表的有效长度即可。
//获取队列的长度
public int getSize(){
return usedSize;
}
三、循环队列
为什么引入循环队列？
当队列用数组存储时，会造成极大的空间浪费。例如如下情况，rear队尾已达到数组的最大值，此时已无法存储元素，但是front队头之前还有空间却无法利用就会造成空间浪费。
循环队列：可以充分地利用空间，下面利用数组存储模拟实现循环队列。
1、入队
在入队之前需要判断队列是否已满，可以定义一个usedSize来表示队列长度，还可以浪费一个空间，也就是rear指向队尾元素的下一个空间，用(rear+1)%数组长度==front来判断队列是否已满，前者比较简单就采用后者所示的方法进行实现，如下就表示队列已满。接着就在rear所指的位置插入元素，由于是循环队列，就让rear=(rear+1)%数组长度来进行后移。
public boolean isFull() {
if((rear+1)%data.length==front){
return true;
}
return false;
}
public boolean enQueue(int value) {
if(isFull()){
return false;
}else{
data[rear]=value;
rear=(rear+1)%data.length;
return true;
}
}2、出队
首先判断队列是否为空，若不为空则弹出front所指的元素，同样front=(front+1)%数组长度来实现后移。
public boolean isEmpty() {
return rear==front;
}
public boolean deQueue() {
if(isEmpty()){
return false;
}else{
front=(front+1)%data.length;
return true;
}
}3、取队头元素
若队列不为空则直接取对头元素。
public int Front() {
if(isEmpty()){
return -1;
}else{
return data[front];
}
}4、取队尾元素
也需要先判断队列是否为空，还有由于rear指的是队尾元素的下一个空间，所以要对rear指向0进行特殊处理：返回数组长度-1位置的元素，其余情况返回rear-1位置的元素即可。
public int Rear() {
if(isEmpty()){
return -1;
}else{
if(rear==0){
return data[data.length-1];
}else{
return data[rear-1];
}
}
}四、面试题
1、用队列实现栈
如果用一个队列来直接实现，栈是先进后出，队列是先进先出，在出栈时就无法只依靠一个队列来实现，所以就需要定义两个队列。
入栈：哪个队列不为空，就入哪个队列，如果都为空，就入第一个队列，因为要留一个队列用于出队列。
出栈：首先判断两个队列是否都为空，若都不为空则将不为空的队列出size-1个元素到为空的队列中，以确保不为空的队列中最后出队列的是最后进入的。
取栈顶元素：与出栈类似，但是取栈顶元素需要将不为空的队列全部入到为空的队列，同时需要拿到最后一个出队的元素值。
public class MyStack2 {
Queue<Integer> qu1;
Queue<Integer> qu2;
public MyStack2() {
qu1=new LinkedList<>();
qu2=new LinkedList<>();
}
public void push(int x) {
if(!qu1.isEmpty()){
qu1.offer(x);
}else if(!qu2.isEmpty()){
qu2.offer(x);
}else{
qu1.offer(x);
}
}
public int pop() {
if(empty()){
return -1;
}
if(!qu1.isEmpty()){
int size=qu1.size()-1;
for(int i=0;i<size;i++){
qu2.offer(qu1.poll());
}
return qu1.poll();
} else {
int size = qu2.size() - 1;
for (int i = 0; i < size; i++) {
qu1.offer(qu2.poll());
}
return qu2.poll();
}
}
public int top() {
if(empty()){
return -1;
}
if(!qu1.isEmpty()){
int size=qu1.size();
int val=-1;
for(int i=0;i<size;i++){
val=qu1.poll();
qu2.offer(val);
}
return val;
} else {
int size = qu2.size();
int val=-1;
for (int i = 0; i < size; i++) {
val=qu2.poll();
qu1.offer(val);
}
return val;
}
}
public boolean empty() {
return qu1.isEmpty()&&qu2.isEmpty();
}
}
2、用栈实现队列
与上题类似，同样也需要两个栈来实现，但是一个栈主要进行去队列，另一个栈进行出队列，假设s1为入队栈，s2为出队栈。
入队：直接在s1进行入栈操作。
出队：如果s2不为空，就直接进行出栈，否则就将s1中的元素全部转移到s2中再进行出栈。
取队头元素：与出队操作类似，只不过将出栈换成取栈顶元素即可。
public class MyQueue2 {
Stack<Integer> s1;
Stack<Integer> s2;
public MyQueue2() {
s1=new Stack<>();
s2=new Stack<>();
}
public void push(int x) {
s1.push(x);
}
public int pop() {
if(!s2.isEmpty()){
return s2.pop();
}else if(!s1.isEmpty()){
int size=s1.size();
for(int i=0;i<size;i++) {
s2.push(s1.pop());
}
return s2.pop();
}else{
return -1;
}
}
public int peek() {
if(!s2.isEmpty()){
return s2.peek();
}else if(!s1.isEmpty()){
int size=s1.size();
for(int i=0;i<size;i++) {
s2.push(s1.pop());
}
return s2.peek();
}else{
return -1;
}
}
public boolean empty() {
return s1.isEmpty()&&s2.isEmpty();
}
}
