如何理解队列及java实现

这篇文章给大家介绍如何理解队列及java实现，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

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导读

栈和队列是有操作限制的线性表。

概念

队列是一种在一端进行插入，而在另一端进行删除的线性表。
1、队列的插入端称为队尾；队列的删除端称为队头。（好比火车进隧道）
2、队列的插入操作称为入队（push），删除操作称为出队（pop）。

特点

队列就像一列进入隧道的火车，隧道就是队列，火车车厢就是元素，进入隧道就是从隧道的这头（队尾）插入元素，出隧道就是从隧道的另一头（队头）删除元素。所以是“先进先出”的特点。

存储结构

类似栈有顺序队和链式队两种。

java实现

我们可以围绕栈的4个元素来实现队列：

2状态：是否队空；是否队满。

2操作：进队push;出队pop。

顺序队的实现

 　　顺序队列的实现也可以使用数组来完成，同栈的实现一样，只是栈是在同一端进行压栈和进栈操作，而队列是在一端做push，另一端做pop操作。

可以看一下下面的队列操作示意图：

 　　我们在实现顺序栈时使用头指针“front”和尾指针“rear”分别进行出队和入队操作，但普通的队列如上图所示，会发生“假溢出”现象，所以我们通常将数组弄成一个环状，即队头和队尾相连，这样就形成了“循环队列”，同时也解决了“假溢出”现象。循环队列是改进版的顺序队列。

如图：

对于普通队列的push或pop我们只需要对尾指针或头指针进行自增操作即可，但是循环队列我们就不能单纯的进行自增，当front或rear=maxSize-1时我们就不能进行自增操作了，比如一个队列尾长度为4的数组datas[4]，那么当front或rear需要在0,1,2,3之间进行循环“推进”，以此达到循环队列的效果。所以我们可以使用rear = （rear+1）%maxSize ；front = （front+1）%maxSize ；公式进行指针计算。

需要注意的是：队空状态的条件为：front = rear。而如果整个队列全部存满数据那么，队满的条件也是front = rear；所以循环队列需要损失一个存储空间，如下图：

解决了这些问题我们就可以很轻松地实现循环队列了：

1 package test;
 2 
 3 public class SqQueue{
 4     private T[] datas;//使用数组作为队列的容器
 5     private int maxSize;//队列的容量
 6     private int front;//头指针
 7     private int rear;//尾指针
 8 
 9     //初始化队列
10     public SqQueue(int maxSize){
11         if(maxSize<1){
12             maxSize = 1;
13         }
14         this.maxSize = maxSize;
15         this.front = 0;
16         this.rear = 0;
17         this.datas = (T[])new Object[this.maxSize];
18     }
19 
20     //两个状态:队空&队满
21     public boolean isNull(){
22         if(this.front == this.rear)
23             return true;
24         else
25             return false;
26     }
27 
28     public boolean isFull(){
29         if((rear+1)%this.maxSize==front)
30             return true;
31         else
32             return false;
33     }
34 
35     //初始化队列
36     public void initQueue(){
37         this.front = 0;
38         this.front = 0;
39     }
40 
41     //两个操作:进队&出队
42     public boolean push(T data){
43         if(isFull())
44             return false;//队满则无法进队
45         else{
46             datas[rear] = data;//进队
47             rear = (rear+1) % maxSize;//队尾指针+1.
48             return true;
49         }
50     }
51     public T pop(){
52         if(isNull())
53             return null;//对空无法出队
54         else{
55             T popData = datas[front++];//出队
56             front = (front+1) % maxSize;//队头指针+1
57             return popData;
58         }
59     }
60 
61     //get()
62     public T[] getDatas() {
63         return datas;
64     }
65 
66     public int getMaxSize() {
67         return maxSize;
68     }
69 
70     public int getFront() {
71         return front;
72     }
73 
74     public int getRear() {
75         return rear;
76     }
77 }

测试：

1 package test;
 2 
 3 import org.junit.Test;
 4 
 5 public class testQueue {
 6     
 7     @Test
 8     public void fun(){
 9         SqQueue queue = new SqQueue(4);
10         
11         //判断
12         System.out.println("队列是否为空："+queue.isNull());
13         
14         //入队A,B,C
15         queue.push('A');
16         queue.push('B');
17         queue.push('C');
18         
19         System.out.println("队列是否为满："+queue.isFull());
20         
21         //出队
22         Character data = queue.pop();
23         System.out.println("出队："+data);
24     }
25 }

链队的实现

 　　如图所示：

链队的实现很简单，只要理解了链表的操作和队列的特点即可。

1 package test;
 2 
 3 public class LinkQueue{
 4     private QNode front;//队头指针
 5     private QNode rear;//队尾指针
 6     private int maxSize;//为了便于操作，使用这个变量表示链队的数据容量
 7 
 8     //初始化
 9     public LinkQueue(){
10         this.front = new QNode();
11         this.rear = new QNode();
12         this.maxSize = 0;
13     }
14 
15     //初始化队列
16     public void initQueue(){
17         front.next = null;
18         rear.next = null;
19         maxSize = 0;
20     }
21 
22     //队空判断
23     public boolean isNull(){
24         if(front.next==null || rear.next==null)
25             return true;
26         else
27             return false;
28     }
29 
30     //进队
31     public void push(QNode node){
32         if(isNull()){
33             //第一次
34             front.next = node;
35             rear.next = node;
36             maxSize++;
37         }
38         else{
39             node.next = front.next;
40             front.next = node;
41             maxSize++;
42         }
43     }
44     //出队
45     public QNode pop(){
46         if(isNull())
47             return null;//队为空时，无法出队
48         else if(maxSize==1){
49             //队只有一个元素时直接初始化即可
50             QNode node  = front.next;
51             initQueue();
52             return node;
53         }
54         else{
55             //准备工作
56             QNode p = front;//使用p指针来遍历队列
57             for(int i=1;i node = rear.next;
61             rear.next = p.next;
62             maxSize--;
63             return node;
64         }
65     }
66 
67 }
68 
69 //链队结点
70 class QNode{
71     private T data;//数据域
72     public QNode next;//指针域
73 
74     //初始化1
75     public QNode(){
76         this.data = null;
77         this.next = null;
78     }
79     //初始化2
80     public QNode(T data){
81         this.data = data;
82         this.next = null;
83     }
84     
85     public T getData() {
86         return data;
87     }
88     public void setData(T data) {
89         this.data = data;
90     }
91 
92 }

测试：

1 package test;
 2 
 3 import org.junit.Test;
 4 
 5 public class testQueue {
 6 
 7     @Test
 8     public void fun(){
 9         LinkQueue lq = new LinkQueue();
10         
11         System.out.println("队列是否为空："+lq.isNull());
12         
13         //依次插入1、2、3、4
14         lq.push(new QNode(1));
15         lq.push(new QNode(2));
16         lq.push(new QNode(3));
17         lq.push(new QNode(4));
18         
19         //依次出队
20         System.out.println("依次出队：");
21         while(!lq.isNull()){
22             System.out.println(lq.pop().getData());
23         }
24         
25     }
26 }

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