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java怎么实现环形队列

WBOY

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发布时间:2023-05-02 22:19:05

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来源于亿速云

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1、普通队列存在什么问题?

队列大家都知道,有几个重要的属性:

  • rear:指向队列的尾巴,即最后一个元素所在的位置,初始值为-1

  • front:指向队列的头部的前一个位置,初始值也为-1

  • capacity:队列的容量

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空队列的rear和front都等于-1,入队时,front不动,rear++,当 rear == capacity - 1时,队列已满;出队时,rear不动,front++,当front == rear时,队列为空。看起来很完美,但实际上有问题。假如一个队列capacity = 3,入队了三个元素,此时front = -1; rear = 2,然后再将三个元素都出队,此时front = 2, rear = 2。这时队列明明是空的,但是却不能再入队元素的,因为满足rear = capacity - 1,也就是相当于这队列是一次性的,用过之后就不能再用了,即使为空也不能再入队了,造成空间的浪费,所以环形队列就出现了。

2、环形队列实现思路:

环形队列中的几个重要属性:

  • rear:指向队列尾巴的后一个位置,初始值为0

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  • front:指向队列的头部,即第一个元素所在的位置,初始值为0

  • capacity:队列的容量

    立即学习Java免费学习笔记(深入)”;

下面是环形队列的一些算法:

  • 队列为空时:      front == rear

  • 队列已满时:      (rear + 1) % capacity == front

  • 获取队列元素个数:      (rear + capacity - front) % capacity

  • 入队操作时:      rear = (rear + 1) % capacity

  • 出队操作时:      front = (front + 1) % capacity;

判断队列是否已满是环形队列中最重要也是最难理解的地方。假如有一个队列capacity = 3,入队操作如下:

  • 第一个元素入队:      front = 0,因为      (rear + 1) % capacity = 1 % 3 != front,所以元素可以入队,元素入队后      rear = 1

  • 第二个元素入队:      front = 0,因为      (rear + 1) % capacity = 2 % 3 != front,所以元素可以入队,元素入队后      rear = 2

  • 第三个元素入队:      front = 0,因为      (rear + 1) % capacity = 3 % 3 == front,所以元素不能入队,队列已满;

队列容量明明是3,只入队了两个元素就告诉我队列满了?没错,这种判断队列是否已满的算法需要牺牲数组的一个空间。

现在进行出队操作:

  • 第一个元素出队:      front = 1,      rear = 2,      (rear + 1) % capacity = 3 % 3 = 0 != front

可以发现,当一个元素出队后,又满足入队条件了,所以数组空间就可以重复利用了。

3、代码实操:

<code>public class CircleQueue<E> {<br/>    private int capacity;<br/>    private int front;<br/>    private int rear;<br/>    private Object[] arr;<br/><br/>    public CircleQueue(int capacity){<br/>        this.capacity = capacity;<br/>        this.arr = new Object[capacity];<br/>        this.front = 0;<br/>        this.rear = 0;<br/>    }<br/><br/>    public boolean isFull(){<br/>        return (rear + 1) % capacity == front;<br/>    }<br/><br/>    public boolean isEmpty(){<br/>        return rear == front;<br/>    }<br/><br/>    public void addQueue(E e){<br/>        if (isFull()){<br/>            throw new RuntimeException("队列已满,入队失败");<br/>        }<br/>        arr[rear] = e;<br/>        // rear指针后移<br/>        rear = (rear + 1) % capacity;<br/>    }<br/><br/>    public E getQueue(){<br/>        if (isEmpty()){<br/>            throw new RuntimeException("队列为空,出队失败");<br/>        }<br/>        E val = (E) arr[front];<br/>        front = (front + 1) % capacity;<br/>        return val;<br/>    }<br/><br/><br/>    public int getSize(){<br/>        return (rear + capacity - front) % capacity;<br/>    }<br/><br/>    // 遍历<br/>    public void showQueue(){<br/>        if (isEmpty()){<br/>            return;<br/>        }<br/>        for (int i = front; i < front + getSize(); i++) {<br/>            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i%capacity, arr[i%capacity]);<br/>        }<br/>    }<br/><br/>    public static void main(String[] args){<br/>        CircleQueue<Integer> queue = new CircleQueue<>(3);<br/>        queue.addQueue(1);<br/>        queue.addQueue(2);<br/>        queue.showQueue();<br/>        //queue.addQueue(3);<br/>        System.out.println(queue.getSize());<br/>        System.out.println(queue.getQueue());;<br/>        queue.addQueue(3);<br/>        queue.showQueue();<br/>    }<br/>}</code>

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