Java?循環(huán)隊(duì)列/環(huán)形隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)流程
之前,我們使用鏈表實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)隊(duì)列,鏈接放在這里可以去康康喲
Java棧和基礎(chǔ)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)詳解
之所以沒(méi)有選擇數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn),是因?yàn)槊坑幸粋€(gè)元素出隊(duì),數(shù)組中所有剩下的元素都需要向前移動(dòng)一次,因此沒(méi)有鏈表高效。
此時(shí),我們就引出了循環(huán)隊(duì)列的概念。
循環(huán)隊(duì)列,又稱(chēng)環(huán)形隊(duì)列,邏輯上是一個(gè)環(huán),物理上依然是線性表。
head-指向隊(duì)列的第一個(gè)元素
tail-指向隊(duì)列最后一個(gè)元素的下一個(gè)位置
當(dāng)tail走到數(shù)組末尾時(shí),下一步再次返回?cái)?shù)組頭部(從0開(kāi)始)

出隊(duì)之后的元素就訪問(wèn)不到了,此時(shí)邏輯上已經(jīng)將它刪除了,tail向后走到該位置時(shí)覆蓋它即可。此時(shí)就解決了數(shù)組隊(duì)列需要一直搬運(yùn)元素的問(wèn)題。
了解循環(huán)隊(duì)列的概念之后,我們就能明白它的幾個(gè)基礎(chǔ)知識(shí):
當(dāng)head == tail 時(shí),表示隊(duì)列為空
根據(jù)上面 head 和 tail 的定義,隊(duì)列已滿時(shí),tail 指向最后一個(gè)元素的下一個(gè)位置,也就是head ,此時(shí)我們就無(wú)法區(qū)分環(huán)形隊(duì)列到底是已滿還是為空。所以我們?cè)诃h(huán)形隊(duì)列的數(shù)組中浪費(fèi)一個(gè)空間,在區(qū)分?jǐn)?shù)組是否已滿,如下圖,就是一個(gè)已滿的隊(duì)列

那么如何移動(dòng) tail 指針使他返回?cái)?shù)組頭部呢?我們運(yùn)用取模操作:
tail = ( tail + 1 ) % 數(shù)組.length;
根據(jù)上式我們就能判斷隊(duì)列是否已滿的方法:
( tail + 1 ) % 數(shù)組.length == head;
此時(shí) head 和 tail 引用向后移動(dòng)時(shí),不能簡(jiǎn)單的 +1,要 ++ 之后對(duì)數(shù)組長(zhǎng)度取模,這樣就可以返回?cái)?shù)組頭部繼續(xù)向后移動(dòng):
head = ( head +1 ) % 數(shù)組.length;
tail = ( tail +1 ) % 數(shù)組.length;
那么如何獲取當(dāng)前隊(duì)列最后一個(gè)元素的索引呢?


圖①中最后一個(gè)元素的索引就是 tail -1
圖②的tail恰好在數(shù)組第一個(gè)位置,這時(shí)最后一個(gè)元素下標(biāo)就是 數(shù)組.length -1
綜上:數(shù)組最后一個(gè)元素的索引lastIndex
lastIndex = tail == 0 ? 數(shù)組.length -1 : tail -1;
代碼實(shí)現(xiàn):
public interface Queue<E> {
void offer(E val);//入隊(duì)
E poll();//出隊(duì),返回出隊(duì)的值
E peek();//返回隊(duì)首元素
boolean isEmpty();//判斷是否為空
}
import java.util.NoSuchElementException;
//基于整型的循環(huán)隊(duì)列
public class LoopQueue implements Queue<Integer>{
private Integer[] data;
private int head;//隊(duì)首元素
private int tail;//隊(duì)尾元素的下一個(gè)位置
private int size;//當(dāng)前元素個(gè)數(shù)
public LoopQueue(int n){
//n為希望保存的元素個(gè)數(shù)
//在循環(huán)隊(duì)列中要浪費(fèi)一個(gè)元素空間,來(lái)判斷是否已滿,所以 +1
data = new Integer[n + 1];
}
@Override
//添加元素
public void offer(Integer val) {
if(isFull()){
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("queue is full, cannot offer new val");
}
data[tail] = val;
//tail向后移
tail = (tail + 1) % data.length;
size++;
}
@Override
//出隊(duì)
public Integer poll() {
if (isEmpty()){
throw new NoSuchElementException("queues empty!cannot poll");
}
Integer val = data[head];
//head向后移動(dòng)
head = (head + 1) % data.length;
size--;
return val;
}
@Override
public Integer peek() {
if (isEmpty()){
throw new NoSuchElementException("queues empty!cannot poll");
}
return data[head];
}
@Override
//判斷是否為空
public boolean isEmpty() {
return tail == head;
}
public String toString(){
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("front[");
//取得最后一個(gè)元素的下標(biāo)
int lastIndex = tail == 0 ? data.length-1 : tail-1;
for (int i = head; i != tail; ) {
sb.append(data[i]);
if (i != lastIndex){
sb.append(",");
}
i = (i+1) % data.length;
}
sb.append("]tail");
return sb.toString();
}
//判斷隊(duì)列是否已滿
public boolean isFull(){
return (tail + 1) % data.length == head;
}
}
//代碼測(cè)試
public class LoopQueueTest {
public static void main(String[] args) {
Queue<Integer> loopQueue = new LoopQueue(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
loopQueue.offer(i+1);
}
System.out.println(loopQueue);
// loopQueue.offer(1);
System.out.println(loopQueue.poll());
System.out.println(loopQueue);
}
}運(yùn)行結(jié)果:

到此這篇關(guān)于Java 循環(huán)隊(duì)列/環(huán)形隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)流程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 循環(huán)隊(duì)列內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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