【数据结构】顺序队列的原理及实现

1.什么是队列

• 队列是一种比较特殊的线性表，特殊就在于它只允许在表的前端来进行删除，在表的后端来进行插入，队列它是一种操作受限制的线性表。插入的一端称为队尾，删除的一端称为队头，队列里没有元素就称它为空队列。
• 队列是一个有序列表，可以用数组或者是链表来实现的。遵循的是先入先出的原则，就是先存入队列的数据要先取出，后面存的需要后面取出。

• 顺序队列

• 顺序队列通常是采用了一维数组存储队列里的元素，另外是增加两个指针分别是指向了数组里的队首元素和队尾的元素。其中对头的指针称为front，队尾的称为rear。

• 链式队列

• 链式队列就是采用单链表作为存储表示，因此话可以在链式队列的声明里用单链表来定义它的存储空间。
• 链式队列的队头指针指向单链表的第一个结点，队尾指针指向单链表的最后一个结点。
• 链式队列的队头元素存放在单链表的第一个结点内，若要从队列中退出一个元素，必须从单链表中删去第一个结点，而存放着新元素的结点应插在队列的队尾，即单链表的最后一个结点后面，这个新节点将成为新的队尾

2.顺序队列的功能实现

（1）初始化队列大小

（2）判断队列是否已满

（3）判断队列是否为空

（4）遍历队列中所有元素

（5）入队操作

（6）出队操作

3.顺序队列功能测试

（1）整体代码实现

/**
 * @description 顺序队列 底层采用数组实现的队列
 * @author lixiang
 * @version v1.0
 */
public class ListQueue<T> {

    /**
     * 定义队列的最大长度
     */
    private int maxSize;

    /**
     * 队头指针
     */
    private int front;

    /**
     * 队尾指针
     */
    private int rear;

    /**
     * 当前数组的长度
     */
    private int size;

    /**
     * 定义数组
     */
    private final T[] queue;

    /**
     * 定义默认的队列大小
     */
    private final static int DEFAULT_QUEUE_SIZE = 10;

    /**
     * 初始化队列
     * 指定队列大小
     * @param maxSize
     */
    public ListQueue(int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        this.front = 0;
        this.size = 0;
        this.rear = 0;
        queue = (T[]) new Object[maxSize];
    }

    /**
     * 初始化队列
     * 不指定队列大小，默认10
     * @param maxSize
     */
    public ListQueue(){
        this.maxSize = DEFAULT_QUEUE_SIZE;
        this.front = 0;
        this.size = 0;
        this.rear = 0;
        queue = (T[]) new Object[DEFAULT_QUEUE_SIZE];
    }

    /**
     * 判断队列是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }

    /**
     * 判断队列是否已满
     * @return
     */
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize;
    }

    /**
     * 获取当前有效元素个数
     * @return
     */
    public int getSize(){
        return size;
    }

    /**
     * 元素入队操作
     * @param data
     */
    public void add(T data){
        if (isFull()){
            throw new RuntimeException("当前队列已将满了");
        }
        //将当前的队尾指向新的数据
        queue[rear] = data;
        //队尾++
        rear++;
        //有效元素个数++
        size++;
    }

    /**
     * 元素出队操作
     * @return
     */
    public T get(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("当前队列为空");
        }
        //队列先进先出，弹出队列头部的数据
        T data = queue[front];
        //队头++
        front++;
        //有效元素个数--
        size--;
        return data;
    }

    /**
     * 展示所有元素
     */
    public void show(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("[]");
            return;
        }
        for (int i = front; i < rear; i++) {
            System.out.print(queue[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        ListQueue<Integer> listQueue = new ListQueue<>(5);
        System.out.println("判断当前队列是否为空："+listQueue.isEmpty());
        System.out.println("判断当前队列是否已满："+listQueue.isFull());
        System.out.println("向队列中加入元素：1 2 3");
        listQueue.add(1);
        listQueue.add(2);
        listQueue.add(3);
        System.out.println("输出队列中的元素：");
        listQueue.show();
        System.out.println("队列弹出元素："+listQueue.get());
        System.out.println("输出队列中的元素：");
        listQueue.show();
        System.out.println("当前有效元素个数："+ listQueue.getSize());
    }
}

（2）测试结果