【数据结构】02-队列

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介绍
队列是一种”先进先出（FIFO）“的线性数据结构。插入操作也称作入队（enqueue），新元素始终被添加在队列的末尾。 删除操作也被称为出队（dequeue），只能移除第一个元素。
Queue

队列

基本操作

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Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();

// 入队：1->2->3
queue.offer(1);
queue.offer(2);
queue.offer(3);

// 查看队首元素：1
queue.peek();

// 出队：1
queue.poll();

循环队列

循环队列通过使用一个数组和两个指针（head 和 tail）。 head 表示队列的起始位置，tail 表示队列的结束位置。

Code

  • Queue.java 接口
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public interface Queue<E> {
    /**
     * 获取队列的长度
     *
     * @return
     */
    int getSize();

    /**
     * 返回是否空队列
     *
     * @return
     */
    boolean isEmpty();

    /**
     * 从队尾添加一个元素e
     *
     * @param e
     */
    void enqueue(E e);

    /**
     * 从队首取出一个元素
     *
     * @return
     */
    E dequeue();

    /**
     * 返回队首元素
     *
     * @return
     */
    E getFront();
}
  • LoopQueue.java 实现类
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public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {

    static final int MOD_QUARTER = 4;
    static final int MOD_HALF = 2;

    private E[] data;
    private int front, tail;
    private int size;

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public LoopQueue(int capacity) {
        data = (E[]) new Object[capacity + 1];
        front = 0;
        tail = 0;
        size = 0;
    }

    public LoopQueue() {
        this(10);
    }

    public int getCapacity() {
        return data.length - 1;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return front == tail;
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        if ((tail + 1) % data.length == front) {
            resize(getCapacity() * 2);
        }

        data[tail] = e;
        tail = (tail + 1) % data.length;
        size++;
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
        }

        E ret = data[front];
        data[front] = null;
        front = (front + 1) % data.length;
        size--;
        if (size == getCapacity() / MOD_QUARTER && getCapacity() / MOD_HALF != 0) {
            resize(getCapacity() / MOD_HALF);
        }

        return ret;
    }

    @Override
    public E getFront() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
        }

        return data[front];
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("Queue: size = %d , capacity = %d\n", size, getCapacity()));
        res.append("front [");
        for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length) {
            res.append(data[i]);
            if ((i + 1) % data.length != tail) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private void resize(int newCapacity) {
        E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity + 1];
        System.arraycopy(data, front, newData, 0, size);
        data = newData;
        front = 0;
        tail = size;
    }
}
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