【数据结构】顺序队列的原理及实现

news2024/11/15 23:34:20

1.什么是队列

  • 队列是一种比较特殊的线性表,特殊就在于它只允许在表的前端来进行删除,在表的后端来进行插入,队列它是一种操作受限制的线性表。插入的一端称为队尾,删除的一端称为队头,队列里没有元素就称它为空队列。
  • 队列是一个有序列表,可以用数组或者是链表来实现的。遵循的是先入先出的原则,就是先存入队列的数据要先取出,后面存的需要后面取出。

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  • 顺序队列

    • 顺序队列通常是采用了一维数组存储队列里的元素,另外是增加两个指针分别是指向了数组里的队首元素和队尾的元素。其中对头的指针称为front,队尾的称为rear。
  • 链式队列

    • 链式队列就是采用单链表作为存储表示,因此话可以在链式队列的声明里用单链表来定义它的存储空间。

    • 链式队列的队头指针指向单链表的第一个结点,队尾指针指向单链表的最后一个结点。

    • 链式队列的队头元素存放在单链表的第一个结点内,若要从队列中退出一个元素,必须从单链表中删去第一个结点,而存放着新元素的结点应插在队列的队尾,即单链表的最后一个结点后面,这个新节点将成为新的队尾

2.顺序队列的功能实现

初始化队列public ListQueue(int maxSize)
判断队列是否为空public boolean isEmpty()
判断队满public boolean isFull()
添加元素到队列中public void add(T data)
出队列 并返回出队列的元素public T get()
遍历队列public void show()

(1)初始化队列大小

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(2)判断队列是否已满

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(3)判断队列是否为空

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(4)遍历队列中所有元素

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(5)入队操作

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(6)出队操作

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3.顺序队列功能测试

(1)整体代码实现

/**
 * @description 顺序队列 底层采用数组实现的队列
 * @author lixiang
 * @version v1.0
 */
public class ListQueue<T> {

    /**
     * 定义队列的最大长度
     */
    private int maxSize;

    /**
     * 队头指针
     */
    private int front;

    /**
     * 队尾指针
     */
    private int rear;

    /**
     * 当前数组的长度
     */
    private int size;

    /**
     * 定义数组
     */
    private final T[] queue;

    /**
     * 定义默认的队列大小
     */
    private final static int DEFAULT_QUEUE_SIZE = 10;

    /**
     * 初始化队列
     * 指定队列大小
     * @param maxSize
     */
    public ListQueue(int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        this.front = 0;
        this.size = 0;
        this.rear = 0;
        queue = (T[]) new Object[maxSize];
    }

    /**
     * 初始化队列
     * 不指定队列大小,默认10
     * @param maxSize
     */
    public ListQueue(){
        this.maxSize = DEFAULT_QUEUE_SIZE;
        this.front = 0;
        this.size = 0;
        this.rear = 0;
        queue = (T[]) new Object[DEFAULT_QUEUE_SIZE];
    }

    /**
     * 判断队列是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }

    /**
     * 判断队列是否已满
     * @return
     */
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize;
    }

    /**
     * 获取当前有效元素个数
     * @return
     */
    public int getSize(){
        return size;
    }

    /**
     * 元素入队操作
     * @param data
     */
    public void add(T data){
        if (isFull()){
            throw new RuntimeException("当前队列已将满了");
        }
        //将当前的队尾指向新的数据
        queue[rear] = data;
        //队尾++
        rear++;
        //有效元素个数++
        size++;
    }

    /**
     * 元素出队操作
     * @return
     */
    public T get(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("当前队列为空");
        }
        //队列先进先出,弹出队列头部的数据
        T data = queue[front];
        //队头++
        front++;
        //有效元素个数--
        size--;
        return data;
    }

    /**
     * 展示所有元素
     */
    public void show(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("[]");
            return;
        }
        for (int i = front; i < rear; i++) {
            System.out.print(queue[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        ListQueue<Integer> listQueue = new ListQueue<>(5);
        System.out.println("判断当前队列是否为空:"+listQueue.isEmpty());
        System.out.println("判断当前队列是否已满:"+listQueue.isFull());
        System.out.println("向队列中加入元素:1 2 3");
        listQueue.add(1);
        listQueue.add(2);
        listQueue.add(3);
        System.out.println("输出队列中的元素:");
        listQueue.show();
        System.out.println("队列弹出元素:"+listQueue.get());
        System.out.println("输出队列中的元素:");
        listQueue.show();
        System.out.println("当前有效元素个数:"+ listQueue.getSize());
    }
}

(2)测试结果

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