数据结构(Java)——队列的实现

兴亡谁人定，胜败岂无凭——易中天《百家讲坛》
不得慕虚名而处实祸 ——曹操

1. 概述

队列是一种线性集合，其元素从一端加入，从另一端删除。因此队列是按照先进先出方式处理的，从队列中删除元素的次序与往队列里放置元素的的次序是一样的。
由于队列是一种线性集合，因此可以像处理栈一样，把队列实现成一种LinearNode对象的链表。

2. 队列ADT

队列核心功能的声明：

package ds.java.ch05.queueImpl;
/** * @author LbZhang* @version 创建时间：2015年11月16日 下午7:06:32 * @description 队列接口*/
public interface QueueADT<T> {public void enqueue(T elem);public T dequeue();public T first();public boolean isEmpty();public int size();public String toString();}

3. 链表实现队列

使用两个分别指向链表受元素、链表末元素的引用方便队列的链表实现。

package ds.java.ch05.queueImpl;
/*** 结点类的声明* @author MrLBZ* @param <T>*/
public class LinearNode<T> {private LinearNode<T> next;private T element;public LinearNode() {next = null;element = null;}public LinearNode(T elem) {next = null;element = elem;}public LinearNode<T> getNext() {return next;}public void setNext(LinearNode<T> node) {next = node;}public T getElement() {return element;}public void setElement(T elem) {element = elem;}
}

package ds.java.ch05.queueImpl;public class EmptyCollectionException extends RuntimeException
{/*** Sets up this exception with an appropriate message.*/public EmptyCollectionException (String collection){super ("The " + collection + " is empty.");}
}

package ds.java.ch05.queueImpl;/*** @author LbZhang* @version 创建时间：2015年11月16日 下午7:30:59* @description 链表实现队列*/
public class LinkedQueue<T> implements QueueADT<T> {private int count;private LinearNode<T> head, tail;// 首尾声明/*** 初始化队列*/public LinkedQueue() {count = 0;head = tail = null;}@Overridepublic void enqueue(T elem) {LinearNode<T> node = new LinearNode<T>(elem);if (isEmpty()) {// /如果是空的话初始化头结点head = node;} else {tail.setNext(node);}tail = node;// /新结点的next不需要显式的设置 因为在new一个新结点的时候已经设置完毕count++;}@Overridepublic T dequeue() throws EmptyCollectionException{if (isEmpty()) {throw new EmptyCollectionException("queue");}T result = head.getElement();head = head.getNext();count--;if (isEmpty()) {tail = null;// /如果栈变成了空栈}return result;}@Overridepublic T first() throws EmptyCollectionException{if (isEmpty())throw new EmptyCollectionException("queue");return head.getElement();}@Overridepublic boolean isEmpty() {return (count == 0);}@Overridepublic int size() {return count;}@Overridepublic String toString() {String result = "";LinearNode<T> current = head;while (current != null) {result = result + (current.getElement()).toString() + "\n";current = current.getNext();}return result;}
}

4. 数组实现队列

把数组看作是环形的，可以除去在队列的数组实现中把元素移位的需要。

package ds.java.ch05.queueImpl;/*** @author LbZhang* @version 创建时间：2015年11月16日 下午10:14:12* @description 环形数组 可以除去在队列的数组实现中元素移位的需要*/
public class CircularArrayQueue<T> implements QueueADT<T> {private final static int DEFAULT_CAPACITY = 100;private int front, rear, count;private T[] queue;// 数组队列public CircularArrayQueue() {this(DEFAULT_CAPACITY);}public CircularArrayQueue(int initc) {front = rear = count = 0;queue = (T[]) (new Object[initc]);}@Overridepublic void enqueue(T elem) {if (size() == queue.length) {expandCapacity();}queue[rear] = elem;rear = (rear + 1) % queue.length;// 设置尾坐标count++;}private void expandCapacity() {// /开辟数组T[] larger = (T[]) (new Object[queue.length * 2]);// 复制数组for (int scan = 0; scan < count; scan++) {larger[scan] = queue[front];// 从front开始复制front = (front + 1) % queue.length;}// /重置首尾结点front = 0;rear = count;queue = larger;}/*** 出队列*/@Overridepublic T dequeue() {if (isEmpty())throw new EmptyCollectionException("queue");T result = queue[front];// 获取front的结点内容queue[front] = null;// 置空front结点front = (front + 1) % queue.length;// front后移count--;return result;}@Overridepublic T first() {if (isEmpty())throw new EmptyCollectionException("queue");T result = queue[front];// 获取front的结点内容return result;}@Overridepublic boolean isEmpty() {return (count == 0);}@Overridepublic int size() {return count;}@Overridepublic String toString() {String result = "";int scan = 0;while (scan < count) {if (queue[scan] != null) {result += queue[scan].toString() + "\n";}scan++;}return result;}}

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