泛型循环队列

2021年6月12日 11点热度 0条评论 来源: Maggieq8324

前言

循环队列是把顺序队列首尾相连,把存储队列元素的表从逻辑上看成一个环,成为循环队列。其将队列存储空间的最后一个位置绕到第一个位置,形成逻辑上的环状空间,供队列循环使用。在循环队列结构中,当存储空间的最后一个位置已被使用而再要进入队运算时,只需要存储空间的第一个位置空闲,便可将元素加入到第一个位置,即将存储空间的第一个位置作为队尾。循环队列可以更简单防止伪溢出的发生,但队列大小是固定的。在循环队列中,当队列为空时,有front=tail,而当所有队列空间全占满时,也有front=tail。为了区别这两种情况,规定循环队列最多只能有capacity-1个队列元素,当循环队列中只剩下一个空存储单元时,队列就已经满了。因此,队列判空的条件是front=tail,而队列判满的条件是front =(tail+1)%capacity,如下图所示:

具体实现

  • 接口
public interface Queue<T> {

    /**
     * 添加元素
     * @param t
     */
    void enqueue(T t);

    /**
     * 元素出队
     * @return
     */
    T dequeue();

    /**
     * 获取队首元素
     * @return
     */
    T getFront();

    /**
     * 获取队列长度
     * @return
     */
    int getSize();

    /**
     * 是否为空
     * @return
     */
    boolean isEmpty();
}
  • 实现类
public class LoopQueue<T> implements Queue<T> {

    /**
     * 数组
     */
    private T[] data;

    /**
     * 元素起始与结束位置
     */
    private int front, tail;

    /**
     * 大小
     */
    private int size;

    /**
     * 构造函数
     * @param capacity
     */
    public LoopQueue(int capacity) {
        data = (T[]) new Object[capacity + 1];
        front = 0;
        tail = 0;
        size = 0;
    }

    /**
     * 无参构造函数
     */
    public LoopQueue() {
        this(10);
    }

    /**
     * 获取容量
     * @return
     */
    public int getCapacity() {
        return data.length - 1;
    }

    /**
     * 是否为空
     * @return
     */
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return front == tail;
    }

    /**
     * 获取大小
     * @return
     */
    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    /**
     * 添加元素
     * @param t
     */
    @Override
    public void enqueue(T t) {
        if ((tail + 1) % data.length == front) {
            // 数组扩容
            resize(2 * getCapacity());
        }

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

    /**
     * 数组增减容
     * @param newCapacity
     */
    private void resize(int newCapacity) {
        T[] newData = (T[]) new Object[newCapacity + 1];

        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[(i + front) % data.length];
        }

        data = newData;
        front = 0;
        tail = size;
    }

    /**
     * 元素出队
     * @return
     */
    @Override
    public T dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty dequeue.");
        }

        T res = data[front];
        data[front] = null;
        front = (front + 1) % data.length;
        size --;

        // 数组减容
        if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
            resize(getCapacity() / 2);
        }

        return res;
    }

    /**
     * 获取队首元素
     * @return
     */
    @Override
    public T getFront() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Queue is Empty.");
        }
        return data[front];
    }

    /**
     * 重写toString方法
     * @return
     */
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder resp = new StringBuilder();
        resp.append(String.format("Queue: size = %d, capacity = %d, front [", size, getCapacity()));
        for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length) {
            resp.append(data[i]);

            if ((i + 1) % data.length != tail) {
                resp.append(",");
            }

        }

        resp.append("] tail");

        return resp.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        LoopQueue<Integer> arrayQueue = new LoopQueue<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arrayQueue.enqueue(i);
            System.out.println(arrayQueue);

            if (i % 3 == 2) {
                arrayQueue.dequeue();
                System.out.println(arrayQueue);
            }
        }
    }
}

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    原文作者:Maggieq8324
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