(循环队列如何入队出对)数据结构循环队列出队入队

在正式进行循环队列学习之前，我们先来看看在顺序队列中删除队首元素出现的问题：

（1）设一个容量为capacity=8，size=5(a,b,c,d,e)的数组，左侧为队首、右侧为队尾。

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（2）出队一个元素后，需整体往前移动一位

出队：

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整体前移一位：

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关于该种操作方式我们很容易得出时间复杂度为O(n)。

这时我们就想可不可以在出队元素后，整体元素不往前移，而是在数组中记下队首front是谁，同时队尾tail指向在下一次元素入队时的位置，这样当再有出队时只需要维护一下front的指向即可，而不需移动元素。就这样我们就有了循环队列的情况。

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1.循环队列原理

(1)初始，数组整体为空时，队首front、队尾tail指向同一个位置（数组索引为0的地方）也即front==tail 时队列为空

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(2)当往数组中添加元素后

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(3)出队一个元素，front指向新的位置

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(4)入队元素，tail叠加

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(5)当tail不能再增加时，数组前面还有空余，此时循环队列就该出场了。

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此时数组应该变为这样：

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在往数组中添加一个元素：

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这样数组就已经满了（tail+1==front 队列满），开始出发扩容操作。capacity中，浪费一个空间。

为了tail能返回到数组的前面位置，将队列满的表达式变为（tail+1）%c==front这样数组就可以循环移动了。

2.循环队列代码实现

新建一个类LoopQueue并实现接口Queue。

2.1、接口Queue代码如下：

package Queue; public interface queue<E> { //获取队列中元素个数 int getSize(); //队列中元素是否为空 boolean isEmpty(); //入队列 void enqueue(E e); //出队列 E dequeue(); //获取队首元素 E getFront(); }

2.2、LoopQueue相关代码：

package Queue; //循环队列 public class LoopQueue<E> implements Queue<E> { private E[] data; private int front, tail; private int size;//队列中元素个数 //构造函数，传入队列的容量capacity构造函数 public LoopQueue(int capacity) { data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪费与一个空间 front = 0; tail = 0; size = 0; } //无参构造函数，默认队列的容量capacity=10 public LoopQueue() { this(10); } //真正容量 public int getCapacity() { return da - 1; } //队列是否为空 @Override public boolean isEmpty() { return front == tail; } //队列中元素个数 @Override public int getSize() { return size; } //入队列操作 @Override public void enqueue(E e) { if ((tail + 1) % da == front) {//队列已满，需要扩容 resize(getCapacity() * 2); } data[tail] = e; tail = (tail + 1) % da; size++; } //出队操作 @Override public E dequeue() { if (isEmpty()) { throw new IllegalArgumentException("队列为空"); } E ret = data[front]; data[front] = null;//手动释放 front = (front + 1) % da; size--; if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) { resize(getCapacity() / 2); } return ret; } //获取队首元素 @Override public E getFront() { if (isEmpty()) { throw new IllegalArgumentException("队列为空"); } return data[front]; } //改变容量 private void resize(int newCapacity) { E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity + 1]; for (int i = 0; i < size; i++) { newData[i] = data[(front + i) % da];//循环数组防止越界 } data = newData; front = 0; tail = size; } @Override public String toString() { StringBuilder res = new StringBuilder(); res.append("Queue:size=%d, capacity=%d\n", size, getCapacity())); res.append("front ["); for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % da) { res.append(data[i]); if ((i + 1) % da != tail) { res.append(","); } } res.append("] tail"); return res.toString(); } }

在关于LoopQueue类中需要注意的：

（1）第11行中的+1是capacity需要浪费一个空间，故在实例化是多加1

data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪费与一个空间

（2）地24行真正的容量是da-1，这是由于有一个空间是浪费的。

da - 1;

（3）关于入队中第46行tail值的说明

为了保证入队是循环操作，tail值的变化规律为

tail = (tail + 1) % da;

（4）关于82行的数据迁移操作，取余操作是为了防止循环数组时越界。

newData[i] = data[(front + i) % da];//循环数组防止越界

2.3、直接在LoopQueue中添加一个main函数进行测试，相关代码如下：

//测试用例 public static void main(String[] args) { LoopQueue<Integer> queue = new LoopQueue<Integer>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { queue.enqueue(i); Sy(queue); if(i%3==2){//每添加3个元素出队列一个 queue.dequeue(); Sy(queue); } } }

结果为：

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