Java 單向隊列及環(huán)形隊列的實現(xiàn)原理
更新時間：2021年10月31日 16:21:31 作者：沐雨橙風~~
本文主要介紹了Java 單向隊列及環(huán)形隊列的實現(xiàn)原理，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下
隊列的特點
1.可以使用數(shù)組和鏈表兩種方式來實現(xiàn)。
2.遵循先入先出(FIFO)的規(guī)則，即先進入的數(shù)據(jù)先出。
3.屬于有序列表。
圖解實現(xiàn)過程：
1.定義一個固定長度的數(shù)組，長度為maxSize。
2.設置兩個指針first = -1（指向隊列第一個數(shù)據(jù)的前一位，這樣保證在添加第一個數(shù)據(jù)以后頭指針為0，和數(shù)組的下標一樣，且用于操作出隊）和last = -1(指向隊尾，用于操作入隊)。
3.即first會因為出隊操作而增加，last會因為入隊操作而增加
代碼實現(xiàn)：
package 隊列;
public class ArrayQueueTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
arrayQueue.addQueue("瓊");
arrayQueue.addQueue("赟");
arrayQueue.addQueue("瓏");
arrayQueue.showAllQueueData();
System.out.println(arrayQueue.getQueue());
}
}
class ArrayQueue{
private int maxSize;//定義隊列的最大長度
private int first ;//指向隊列頭的前一個位置?。∏耙粋€位置??！出隊方向
private int last ;//指向隊列尾部!!即最后一個數(shù)據(jù)！??！入隊方向
private String[] arr; //先建一個空的數(shù)組，具體長度未知，需要maxSize來確定。
//構造器初始化隊列信息
public ArrayQueue(int maxSize){
this.maxSize = maxSize;
this.first = -1;
this.last = -1;
arr = new String[maxSize];
}
//判斷是否為空
public boolean isEmpty(){
if (first == last) {
System.out.println("隊列為空~~");
return true;
}else {
System.out.println("隊列不為空~~");
return false;
}
}
//判斷隊列是否滿
public boolean isFull(){
if (last == maxSize-1) {
System.out.println("隊列已滿~~");
return true;
}else {
System.out.println("隊列未滿~~");
return false;
}
}
//入隊
public void addQueue(String data){
if (last == maxSize-1){
System.out.println("隊列已滿，不能再添加??！");
return;
}else {
last++; //添加數(shù)據(jù)只和末尾下標有關
arr[last] = data;
return;
}
}
//出隊
public String getQueue(){
if (isEmpty()) {
//因為getQueue方法是int型，需要返回數(shù)據(jù)，如果無數(shù)據(jù)，也需要返回
//如果返回-1或者其他數(shù)據(jù)，會讓人誤解獲取到的數(shù)就是-1或者其他
//所以用拋出異常來處理
throw new RuntimeException("隊列為空，無數(shù)據(jù)~~");
}
else {
first++;
return arr[first];
}
}
//遍歷隊列所有信息
public void showAllQueueData(){
if (first == last){
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println("arr["+i+"]"+"="+arr[i]);
}
}
//獲取隊列頭數(shù)據(jù)
public String headQueueData(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("無數(shù)據(jù)~~~");
}
return arr[++first];
}
}
隊列缺點：
由于出隊操作，使得first指針上移變大，導致數(shù)組前面空出來的位置就不能再繼續(xù)添加數(shù)據(jù)，即不能再被重復使用，這樣一個隊列只能使用一次，內存效率太低，所以需要使用環(huán)形隊列來優(yōu)化解決。
優(yōu)化解決——環(huán)形隊列實現(xiàn)思路
1.first指針初始默認設置為0，指向隊列頭部，則arr[first] 就是第一個數(shù)據(jù)。
2.last指針初始默認也為0，但是會隨著增加數(shù)據(jù)而后移。
3.隊列滿的條件：
(last + 1) % maxSize == first
last+1是為了讓指針后移，而且如果不設置為 last+1 那么一開始的時候last為0 ， last % maxSize == 0，且first也為0，還沒加數(shù)據(jù)就滿了。
4.隊列為空的條件：
first == last
5.由于判斷是否滿的時候： last+1 ，導致實際上可以裝的數(shù)據(jù)比數(shù)組長度少 1
環(huán)形隊列各步驟及各方法實現(xiàn)講解
1.隊列初始化 ：
class CircleArryQueue{
private int maxSize ; //數(shù)組長度，即隊列最大容量
private int first; //頭指針，控制出隊操作
private int last; //尾指針，控制入隊操作
private int[] arr; //數(shù)組類型，可以換其他的。
//構造器初始化信息
public CircleArryQueue(int maxSize){
this.maxSize = maxSize;
this.arr = new int[maxSize];
this.first = 0; //這兩個可以不加，不叫也是默認為0
this.last = 0;
}
}
2.判斷隊列是否為空：
public boolean isEmpty(){
//頭指針和尾指針一樣 則說明為空
return last == first;
}
3.判斷隊列是否滿：
/*
*這里的 last+1 主要是為了讓指針后移，特別是在隊列尾部添加數(shù)據(jù)的時候，本來用last也可以判斷，但
*是一開始還沒加數(shù)據(jù)的時候，如果直接用last % maxSize == first，結果是true，所以為了解決指針后*移和判斷是否滿，用來last+1。其次，因為last+1可能會導致數(shù)組指針越界，所以用取模來控制它的范 * 圍，同時保證他會在一個固定的范圍循環(huán)變換，也利于環(huán)形隊列的實現(xiàn)。
*/
public boolean isFull(){
return (last + 1) % maxSize == first;
}
4.添加數(shù)據(jù)到隊列尾部：入隊
public void pushData(int data){
//先判斷是否滿了
if(isFull()){
System.out.println("隊列已經(jīng)滿啦~~");
return;
}
arr[last] = data;
//last+1是為了后移，取模是為了避免指針越界，同時可以讓指針循環(huán)
last = (last + 1) % maxSize;
}
5.取出隊首數(shù)據(jù)：出隊
public int popData(){
if (isEmpty()) {
//拋異常就可以不用返回數(shù)據(jù)了
new RuntimeException("隊列為空，沒有獲取到數(shù)據(jù)~~");
}
//要先把first對應的數(shù)組數(shù)據(jù)保存——>first后移——>返回數(shù)據(jù)
int value = arr[first];
//first+1的操作和last+1是一樣的，取模也是
first = (first+1) % maxSize;
System.out.println(value);
return value;
//如果不保存first指針 那么返回的數(shù)據(jù)就不對了
//如果直接返回數(shù)據(jù)，那first指針還沒后移 也不對，所以需要使用第三方變量
}
6.展示隊列中所有數(shù)據(jù)：
public void showAllData(){
if (isEmpty()) {
System.out.println("隊列為空，沒有數(shù)據(jù)~~");
return;
}
//此處i不為0，是因為有可能之前有過popData()操作，使得firs不為0，所以最好使用
//first給i動態(tài)賦值，
for (int i = first; i < first+size() ; i++) {
System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+arr[i%maxSize]);
}
7.獲取隊列中數(shù)據(jù)的總個數(shù)：
public int dataNum(){
//韓順平老師的教程上是這樣寫，但是我理解不了..........。
return (last+maxSize-first) % maxSize;
}
8.查看隊首數(shù)據(jù)但不彈出：
public void seeFirstData(){
return arr[first];
}
全部代碼整合：
package 練習;
import java.util.Scanner;
public class CircleArryQueue {
public static void main(String[] args){
CircleQueue circleQueue = new CircleQueue(4);
System.out.println("--------測試環(huán)形隊列--------");
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean flag = true;
while (flag){
System.out.println("s(showAllData):查看隊列數(shù)據(jù)");
System.out.println("p(pushData):隊尾添加數(shù)據(jù)");
System.out.println("g(popData):彈出隊頭數(shù)據(jù)");
System.out.println("h(seefirstData)：獲取隊頭數(shù)據(jù)");
System.out.println("e(exit):退出程序");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key){
case 's':
circleQueue.showAllData();
break;
case 'p':
System.out.println("輸入一個數(shù)據(jù)：");
int obj = scanner.nextInt();
circleQueue.pushData(obj);
break;
case 'g':
circleQueue.popData();
break;
case 'h':
circleQueue.seeFirstData();
break;
case 'e':
scanner.close();
flag = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序結束~~~");
}
}
class CircleQueue {
private int maxSize ; //數(shù)組長度，即隊列最大容量
private int first; //頭指針，控制出隊操作
private int last; //尾指針，控制入隊操作
private int[] arr; //數(shù)組類型，可以換其他的。
//構造器初始化信息
public CircleQueue(int maxSize){
this.maxSize = maxSize;
this.arr = new int[maxSize];
this.first = 0; //這兩個可以不加，不叫也是默認為0
this.last = 0;
}
public boolean isEmpty(){
//頭指針和尾指針一樣 則說明為空
return last == first;
}
/*
*這里的 last+1 主要是為了讓指針后移，特別是在隊列尾部添加數(shù)據(jù)的時候，本來用last也可以判斷但
*是一開始還沒加數(shù)據(jù)的時候，如果直接用last % maxSize == first，結果是true，所以為了解決指針
*后移和判斷是否滿，用來last+1。其次，因為last+1可能會導致數(shù)組指針越界，所以用取模來控制它
*的范圍，同時保證他會在一個固定的范圍循環(huán)變換，也利于環(huán)形隊列的實現(xiàn)。
*/
public boolean isFull(){
return (last + 1) % maxSize == first;
}
public void pushData(int data){
//先判斷是否滿了
if(isFull()){
System.out.println("隊列已經(jīng)滿啦~~");
return;
}
arr[last] = data;
//last+1是為了后移，取模是為了避免指針越界，同時可以讓指針循環(huán)
last = (last + 1) % maxSize;
}
public int popData(){
if (isEmpty()) {
//拋異常就可以不用返回數(shù)據(jù)了
throw new RuntimeException("隊列為空，沒有獲取到數(shù)據(jù)~~");
}
//要先把first對應的數(shù)組數(shù)據(jù)保存——>first后移——>返回數(shù)據(jù)
int value = arr[first];
//first+1的操作和last+1是一樣的，取模也是
first = (first+1) % maxSize;
System.out.println(value);
return value;
//如果不保存first指針 那么返回的數(shù)據(jù)就不對了
//如果直接返回數(shù)據(jù)，那first指針還沒后移 也不對，所以需要使用第三方變量
}
//查看所有數(shù)據(jù)
public void showAllData(){
if (isEmpty()) {
System.out.println("隊列為空，沒有數(shù)據(jù)~~");
}
//此處i不為0，是因為有可能之前有過popData()操作，使得firs不為0，所以最好使用
//first給i動態(tài)賦值，
for (int i = first; i < first+dataNum() ; i++) {
System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+arr[i%maxSize]);
}
}
//查看有效數(shù)據(jù)個數(shù)
public int dataNum(){
//韓順平老師的教程上是這樣寫，但是我理解不了..........。
return (last+maxSize-first) % maxSize;
}
//查看隊列第一個數(shù)據(jù)
public int seeFirstData(){
System.out.println(arr[first]);
return arr[first];
}
}
最后：
部分內容參考自B站韓順平老師java數(shù)據(jù)結構課程
到此這篇關于Java 單向隊列及環(huán)形隊列的實現(xiàn)原理的文章就介紹到這了,更多相關Java 單向隊列及環(huán)形隊列內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
相關文章
這篇文章主要為大家介紹了Java?Bean?Validation的使用示例詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪2022-11-11
這篇文章主要介紹了使用Spring注入Hibernate驗證框架方式，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教2021-12-12
這篇文章主要為大家詳細介紹了java常用工具類，包括Date日期、Mail郵件工具類，文中示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2019-05-05
這篇文章主要為大家介紹了Java配置HTTP/Socks代理的簡單快速上手方法詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪2023-08-08
Java函數(shù)式編程(十二)：監(jiān)控文件修改
這篇文章主要介紹了Java函數(shù)式編程(十二)：監(jiān)控文件修改,本文是系列文章的第12篇,其它文章請參閱本文底部的相關文章,需要的朋友可以參考下2014-09-09
這篇文章主要介紹了Mybatis查詢語句返回對象和泛型集合的操作，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教2021-07-07
這篇文章主要介紹了eclipse+jdk安裝以及會遇到的問題+解決方法，本文給大家介紹的非常詳細，對大家的學習或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下2020-10-10
SpringBoot使用前綴樹實現(xiàn)敏感詞過濾示例
最近項目用到了敏感詞過濾,本文主要就來介紹一下SpringBoot使用前綴樹實現(xiàn)敏感詞過濾示例,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下2023-10-10
這篇文章主要介紹了Java實現(xiàn)簡易撲克牌游戲的相關資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2021-04-04
這篇文章主要介紹了Java中Redis的布隆過濾器詳解,我們經(jīng)常會把一部分數(shù)據(jù)放在Redis等緩存,比如產(chǎn)品詳情,這樣有查詢請求進來,我們可以根據(jù)產(chǎn)品Id直接去緩存中取數(shù)據(jù),而不用讀取數(shù)據(jù)庫,這是提升性能最簡單,最普遍,也是最有效的做法,需要的朋友可以參考下2023-09-09