java語言實現隊列

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什麼是隊列：

隊列(queue)是只允許在一端進行插入操作，而在另一端進行刪除操作的線性表。隊列是一種先進先出(First In First Out)的線性表，簡稱FIFO。允許插入的一端稱為隊尾，允許刪除的一端稱為隊頭。

隊列的基本操作：

enqueue(Object obj)：入隊操作

dequeue()：出隊操作

迴圈隊列：

由於隊列如果做成數組的形式，為了保證出隊列的時間複雜度為O(1)，所以不能將數組中的元素進行移動（如果移動，時間複雜度就變為了O(n)）。因此前面出棧之後的元素空間就會被浪費。所以我們將數組的頭尾進行相接，這樣就形成了迴圈，我們稱這樣的隊列為迴圈隊列。結構圖如下所示：

判斷隊列為空白：front指標指向隊頭元素，rear指標指向隊尾元素的下一個位置，這樣的front等於rear的時候，此時隊列不是還剩下一個元素，而是為空白隊列。所以空隊列的判斷為front == rear。

判斷隊列為滿：當隊列為滿時，我們修改其條件，儲存一個元素空間。也就是說，隊列為滿時，數組中還有一個空閑單元。（這就是為什麼後面的代碼中數組的大小為5，卻最多可以插入4個元素）所以滿隊列的判斷為(rear+1)%QueueSize == front。

程式碼範例如下：

package queue;/** * 數組中只儲存數組大小-1個元素， * 保證rear轉一圈之後不會和head相等， * 也就是隊列滿的時候，rear+1=head， * 中間剛好空一個元素。 * 當rear=head的時候，一定是隊列空了。 * */public class QueueArray {private Object[] objs;private int front;private int rear;public QueueArray(){this(10);}public QueueArray(int size){objs = new Object[size];front = 0;rear = 0;}public boolean enqueue(Object obj){//判斷隊列是否為滿if((rear+1)%objs.length == front){return false;}objs[rear] = obj;rear = (rear+1)%objs.length;return  true;}public Object dequeue(){//判斷隊列是否為空白if(rear == front){return null;}Object obj = objs[front];front = (front+1)%objs.length;return obj;}public void traverse(){while(front != rear){System.out.print(objs[front]+" ");front = ((front+1)%objs.length);}}public static void main(String[] args) {QueueArray q = new QueueArray(5);q.enqueue("A");q.enqueue("B");q.enqueue("C");System.out.println("刪除的元素為:"+q.dequeue());q.enqueue("F");System.out.println("刪除的元素為:"+q.dequeue());q.traverse();}}

隊列的鏈式儲存方式：

入隊與出隊結構圖：

              

入隊：將新節點作為原來節點的後繼，再將新節點設定為尾節點。this.rear.next = newNode;    this.rear = newNode;

出隊：將需要刪除節點的後繼直接賦值給頭結點的後繼即可。this.front.next = node.next;

具體程式碼範例如下：     

package queue;public class LinkQueue<T> {private class Node{private T data;private Node next;public Node(){}}private Node front;private Node rear;private int count;//隊列中元素的數量public LinkQueue(){Node p = new Node();p.data = null;p.next = null;front = rear = p;}//使用尾插法插入資料public void equeue(T item){Node newNode = new Node();newNode.data = item;newNode.next = null;this.rear.next = newNode;this.rear = newNode;count++;}public T dequeue() throws Exception{if(isEmpty()){throw new Exception("隊列為空白!");}T obj;Node node = this.front.next;obj = node.data;this.front.next = node.next;if(rear == node){rear = front;}count --;return obj;}public int size(){return count;}public boolean isEmpty(){return front == rear;}public void traverse(){Node current = front.next;while(current != null){System.out.println(current.data);current = current.next;}}public static void main(String[] args) throws Exception {LinkQueue<String> lq = new LinkQueue<String>();lq.equeue("A");lq.equeue("B");lq.equeue("C");lq.equeue("D");lq.traverse();System.out.println("隊列的長度為:"+lq.size());System.out.println("刪除的元素為:"+lq.dequeue());lq.traverse();}}

無論是迴圈隊列還是鏈式隊列，從時間上看基本都是常數的時間，即時間複雜度都為O(1)。不過迴圈隊列是事先申請好了空間，使用期間不釋放。而對於鏈式隊列，每次申請或釋放節點也會存在一定的開銷，如果入隊或出隊頻繁，則還是存在細微的差異，但是鏈式隊列在空間上更加靈活。所以，在可以確定隊列長度最大值的情況下，建議用迴圈隊列，如果無法預估隊列的長度，則使用鏈隊列。

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