Java隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)
1.隊列的基本概念
什么是隊列?
- 隊列是一種特殊的線性表
- 它只允許在表的前端(隊頭)進(jìn)行刪除操作
- 在表的后端(隊尾)進(jìn)行插入操作
- 隊列是一個有序表(可以用數(shù)組或鏈表實現(xiàn))
- 隊列先進(jìn)先出
- 隊列開辟的是一塊連續(xù)的空間
順序隊列中的溢出現(xiàn)象:
- 真溢出:當(dāng)隊列滿時,做進(jìn)棧運算產(chǎn)生空間溢出的現(xiàn)象。
- 假上溢:由于入隊和出隊操作中,頭尾指針只增加不減小,致使被刪元素的空間永遠(yuǎn)無法重新利用。當(dāng)隊列中實際的元素個數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于向量空間的規(guī)模時,也可能由于尾指針已超越向量空間的上界而不能做入隊操作。
2.循環(huán)隊列
在實際使用隊列時,為了使隊列空間能重復(fù)使用,往往對隊列的使用方法稍加改進(jìn):無論插入或刪除,一旦rear指針增1或front指針增1 時超出了所分配的隊列空間,就讓它指向這片連續(xù)空間的起始位置。自己真從MaxSize-1
增1變到0,可用取余運算rear%MaxSize
和front%MaxSize
來實現(xiàn)。這實際上是把隊列空間想象成一個環(huán)形空間,環(huán)形空間中的存儲單元循環(huán)使用,用這種方法管理的隊列也就稱為循環(huán)隊列。除了一些簡單應(yīng)用之外,真正實用的隊列是循環(huán)隊列
3.實現(xiàn)思路
由于普通隊列存在溢出問題所以這里用數(shù)組來實現(xiàn)環(huán)形隊列
- 1、front指向隊列的首元素 初始為0
- 2、rear指向隊列尾元素的后一個位置 (空出來的一塊空間作為約定)初始為0
- 3、隊列滿的條件
:(rear+1) % maxSize = front
- 4、隊列空的條件:
rear = front
- 5、隊列中元素的個數(shù)
:(rear+maxSize-front) % maxSize
為什么隊列滿的條件是(rear+1) % maxSize = front
(1)假設(shè)rear>front
rear-front=maxSize-1
rear+1-maxSize=front
由于當(dāng)rear>front
隊列滿時rear+1
一定等于maxSize
(rear+1) % maxSize = rear+1-maxSize =0
(2)假設(shè)front>rear
front-rear=1
rear+1=front
由于當(dāng)front>rear
時rear+1
一定小于maxSize
所以(rear+1) % maxSize=rear+1
(3)有上述所示可以得出隊列滿的條件是(rear+1) % maxSize = front
元素個數(shù)的計數(shù)與這相似
4.代碼實現(xiàn)
public class Queue { private int maxSzie; //隊列中能存儲的最大個數(shù) private int frontPoint; //頭指針指向隊頭 private int rearPoint; //尾指針指向隊尾的后一個數(shù)據(jù) private int[] array; //模擬隊列的數(shù)組 /** * 初始化隊列 */ public Queue(int max) { maxSzie = max; frontPoint = 0; rearPoint = 0; array = new int[max]; } /** * 判斷隊列是否為空 */ public boolean isEmpty(){ return frontPoint == rearPoint; } /** * 判斷隊列是否已滿 */ public boolean isFull(){ return (rearPoint+1)%maxSzie == frontPoint; } /** * 向隊列中添加數(shù)據(jù) */ public void add(int x){ if (isFull()){ System.out.println("當(dāng)前隊列已滿"); return; } //添加數(shù)據(jù) array[rearPoint] = x ; //后移尾指針 rearPoint = (rearPoint+1) % maxSzie; System.out.println("添加成功"); } /** * 取出隊列中的數(shù)據(jù) */ public int remove(){ if (isEmpty()){ throw new RuntimeException("當(dāng)前隊列為空"); } //把隊頭的值賦值給臨時變量 int x = array[frontPoint]; //移除數(shù)據(jù)后頭指針需要向后移動 時其指向新的隊頭 frontPoint = (frontPoint+1) % maxSzie; System.out.println("移除成功"); return x; } /** * 獲取隊列頭數(shù)據(jù) */ public int gethead(){ if (isEmpty()){ throw new RuntimeException("當(dāng)前隊列為空"); } return array[frontPoint]; } /** * 遍歷隊列 */ public void show(){ int x = 0; for (int i = frontPoint; i <= (rearPoint+maxSzie-frontPoint)%maxSzie; i++) { x++; System.out.println("隊列的第"+x+"個數(shù)據(jù)是"+array[i]); } } }
public class QueueTest { public static void main(String[] args) { Queue queue = new Queue(5); Scanner scanner = new Scanner(System.in); char systemIn = ' '; boolean noEnd = true; while (noEnd){ System.out.println("a:add(添加數(shù)據(jù))"); System.out.println("r:remove(刪除數(shù)據(jù))"); System.out.println("h:head(獲取隊頭)"); System.out.println("s:show(遍歷隊列)"); System.out.println("e:exit(退出程序)"); System.out.println("請輸入字符"); systemIn = scanner.next().charAt(0); switch (systemIn){ case 'a': System.out.println("請輸入入隊的數(shù)據(jù)(數(shù)字)"); int x = Integer.parseInt(scanner.next()); queue.add(x); break; case 'r': queue.remove(); break; case 'h': int head = queue.gethead(); System.out.println("隊頭是"+head); break; case 's': queue.show(); break; case 'e': noEnd = false; break; } } } }
5.測試
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