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java实现循环队列

循环队列的优点

普通队列出队操作开销大：在出队操作时，索引为0后面的所有元素，都需要往前移动一位，元素越多，消耗的时间也越多，时间复杂度为O(N)。

循环队列的逻辑：

1、当元素较少时（tail位置在front后面），循环队列与普通队列出队操作一样，入队的元素将会放在tail的位置上，随后执行tail++操作；出队时front位置上的元素将会置null，随后执行front++操作；此时仍能保持着tail位置在front后面的状态，如下图所示：

2、当元素继续添加，最后一个元素将放到索引为7的位置，此时tail位置将会移动到队首前面索引为0的位置上，此时tail在数组的索引为变为：(tail+ 1 )% capacity如下图所示：

3、当元素继续添加时，元素将会在tail位置上添加，tail继续往后移动，如下图所示：

4、继续添加元素，当tail与front还相距一个单位时，即此时数组还有一个空余存储空间，但当前数组已经不能继续实现循环队列的插入操作了，因为循环队列判断队列为空的条件就是front == tail，所以此时需要进行扩容操作；因此此处有意识的浪费了一个空间。

此处可以推出，循环队列元素满的条件为：tail +1 == front(初步得出，后续会完善为(tail + 1) % capacity == front )

5、适当情况下，此若时持续进行出队操作，front的位置也将会从数组最右端跳转到数组最左端开始。此时front在数组的索引为变为：(front + 1 )% capacity

代码实现：（相关视频教程分享：java视频教程）

package dataStructure.chapter3; /** * @Author: zjtMeng * @Date: 2019/12/28 20:13 * @Version 1.0 */ public class LoopQueue implements Queue { private E[] data; private int front,tail; private int size; public LoopQueue(int capacity){ data = (E[]) new Object[capacity+1]; } public LoopQueue(){ this(10); } public int getCapacity(){ return data.length-1; } /** * 循环队列入队操作 * @param e */ @Override public void enqueue(E e) { //循环队列元素满的判断条件,如果满了就进行扩容操作，扩大两倍 if ((tail+1)%data.length == front) resize(2 * getCapacity()); data[tail] = e; tail = (tail + 1) % data.length; size ++; } /** * 循环队列扩容 * @param newCapacity */ private void resize(int newCapacity){ E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity+1]; //循环队列第一种遍历方式 for (int i = 0 ; i < size ; i++ ){ //newData[]中的元素与data[]中的元素，一方面存在着front的偏移量，另一方面，data[]中的元素， //可能在有部分处于front前面，因此此处采用对数组长度取余，来判断元素的位置 newData[i] = data[(i+front)%data.length]; } data = newData; front =0; tail = size; } @Override public E dequeue() { //首先判断队列是否为空，如果为空则抛出异常 if (isEmpty()) throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue."); E ret = data[front]; //引用地址需要置空，否则JVM不能及时回收空间，从而可能会出现OOM异常 data[front] = null; front = (front + 1 )% data.length; size--; //如果元素数量达到队列容积的1/4，且队列容积/2 不等于0时，进行缩容操作 if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0 ) resize(getCapacity() / 2); return ret; } /** * 查看队首元素 * @return */ @Override public E getFront() { if (isEmpty()) throw new IllegalArgumentException("Queue is empty."); return data[front]; } @Override public int getSize() { return size; } /** * 判断循队列是否为空 * @return */ @Override public boolean isEmpty() { return front == tail; } @Override public String toString(){ StringBuilder res = new StringBuilder(); res.append(String.format("Queue: size = %d, capacity = %d\n",size, getCapacity())); res.append("front["); //循环队列遍历的第二种方法 for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length){ res.append(data[i]); //循环队列未遍历到队尾的标志 if ((i + 1) % data.length != tail) res.append(", "); } res.append("] tail"); return res.toString(); } }

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