数据结构--队列

Posted 2020-11-08 浅灰色的记忆

什么是数据结构？
相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。

1、什么是队列？
先进先出（FIFO:first in first out）

普通队列：队列有两种排发：1、、每处理一条数据，后面的数据都会依次前进一位。（效率较低）。2、、每处理一条数据，就会去下一条数据的空间处理下一位。（占用内存，浪费空间）

如果使用售票员和排队买票的说法，那么第一种是排队的人动，第二种是售票员动;

环形队列：有顺时针和逆时针之说，以第二种方法排队。（优点：提高效率的同时，可以充分使用内存，不会占用空间）

创建队列：传入一个队列的容量初始化一个队列
销毁队列：销毁已存在的指定队列，因为创建队列是使用数组从创建的，所以必须要使用销毁数组的方式进行销毁，否则会造成内存泄漏
清空队列：将这指定队列中的元素清空，使该队列的长度为0（传入队尾、队首和队列长度三项置为0即可）
判空队列：判断指定队列是否是空队列（即判断队列长度是否为0，如果等于0则返回true,否则返回false）
判满队列：判断指定队列的队列长度和队列容量是否相同（相同则返回true，否则返回false）
队列长度：返回指定队列的元素个数据，统计队列的长度
新元素入队：自动加入到指定队列的最后一位（如果队列是满的，返回false，如果队列是空的，则加入队列的最后一位，队尾做自增操作并 取余队列容量，指向下一个位置，并使队列的长度加一）
首元素出队：删除该队列的第一个元素（如果当前队列是空的，返回false,如果不为空，则获取当前队列的队头，进行删除，队头做自增操作并 取余队列容量，指向下一个位置，并使队列的长度减一）

注：此处做取余操作，是因为需要考虑队尾值如果超过了容量的情况， 被取余数 < 取余数  结果 等于自己本身，避免数组越界。

遍历队列：输出该队列的所有元素（使用 for 循环，以队首的下标为起始，以队列的长度+队首的下标（此处是因为队首的数字增加了，那么队首到长度之间的循环次数就会缩减，所以长度需要加上队首的下标）为终结，对 i 进行自增，并对 i 取余容量（此处注意：是对队列的容量进行取余，不要对队列的长度进行取余）同样进行取余操作）
新元素入队和首元素出队操作，因为是环形队列，所以当环形队列走了一圈之后队或队伍再进行自增就会下标越界，导致程序错误，所以需要取余于队列容量

下方附上队列数据结构代码：

package util;

public class MyQueue {
    //队列数组指针
    private Object[] myQueue;
    //队列长度
    private int myQueueLen;
    //队列容量
    private int myQueueCapacity;
    //队列头的指针
    private int myQueueHead;
    //队列尾的指针
    private int myQueueTail;
    
    public MyQueue() {
        super();
    }

    /**
     * 初始化队列内存空间
     * @param queueCapacity 队列容量
     * @return 
     */
    public MyQueue(int queueCapacity){
        myQueueCapacity = queueCapacity;

        // 申请内存空间
        myQueue = new Object[myQueueCapacity];
        clearQueue();
    }
    
    /**
     * 将数组赋值为null，垃圾回收器会自动回收
     */
    public void deleteQueue(){
        myQueue = null;
    }
    
    /**
     * 清空队列
     */
    public void clearQueue(){
        myQueueHead = 0;
        myQueueTail = 0;
        myQueueLen = 0;
    }
    
    /**
     * 使用三目运算符，判断队列的长度是否等于0
     * @return boolean 相等返回true，不相等返回false
     */
    public boolean isNullQueue(){
        return 0 == myQueueLen ? true : false;
    }
    
    /**
     * 使用三目运算符，判断队列的长度是否等于队列的容量
     * @return boolean 相等返回true，不相等返回false
     */
    public boolean isFullQueue(){
        return myQueueLen == myQueueCapacity ? true : false;
    }
    
    /**
     * 直接根据数组的length方法返回队列的长度
     * @return
     */
    public int queueLen(){
        return myQueueLen;
    }
    
    /**
     * 判断队列是否已经满队，添加元素到队列中，并更新队头和长度的下标
     * @param element
     * @return
     */
    public boolean addElement(Object element){
        if(isFullQueue())
        {
            return false;
        } 
        else
        {
            myQueue[myQueueTail] = element;
            ++ myQueueTail;
            myQueueTail = myQueueTail % myQueueCapacity;
            myQueueLen ++;
            return true;
        }
    }
    
    /**
     * 判断队列是否是空队，删除队列中的第一个元素，并更新队头和长度的下标
     * @return
     * @throws Exception 
     */
    public Object delElement() throws Exception{
        if (isNullQueue()){
            throw new Exception("队列为空，不能删除元素");
        } 
        else 
        {
            Object element = myQueue[myQueueHead];
            myQueueHead = ++ myQueueHead % myQueueCapacity;
            myQueueLen --;
            return element;
        }
    }
    
    public void queueTraverse(){
        for (int i = myQueueHead; i < myQueueLen + myQueueHead; i++)
        {
            Object element = myQueue[i % myQueueCapacity];
            
            System.out.println(element.toString()+"");
        }
    }
}

　　测试数据结构效果：

package use.test;

import test.entity.Person;
import util.*;

public class TestMyQueue {
    public static void main(String[] args) {
        MyQueue myQueue = new MyQueue(4);
        
        Person person1 = new Person();
        person1.setAddress("合肥市蜀山区");
        person1.setName("张三");
        person1.setAge(22);
        
        Person person2 = new Person();
        person2.setAddress("南京市江宁区");
        person2.setName("李四");
        person2.setAge(44);
        
        Person person3 = new Person();
        person3.setAddress("合肥市庐阳区");
        person3.setName("王五");
        person3.setAge(35);
        
        //添加队列
        myQueue.addElement(person1);
        myQueue.addElement(person2);
        myQueue.addElement("wangwu");
        myQueue.addElement(person3);
        
        System.out.println("队列的长度："+myQueue.queueLen());
        myQueue.queueTraverse();
        
        //删除队列
        try {
            //删除时，如果队列为空，则会跑出Exception异常
            Object element1 = myQueue.delElement();
            System.out.println("当前删除的元素为" + element1.toString());
            Object element2 = myQueue.delElement();
            System.out.println("当前删除的元素为" + element2.toString());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        
        System.out.println("队列的长度："+myQueue.queueLen());
        myQueue.queueTraverse();
        
        //添加队列
        myQueue.addElement(5);
        myQueue.addElement(6);
        myQueue.addElement(7);
        
        System.out.println("队列的长度：" + myQueue.queueLen());
        myQueue.queueTraverse();
        
        //清空队列
//        myQueue.clearQueue();
        if (myQueue.isNullQueue())
        {
            System.out.println("队列为空");
        }
        
        if (myQueue.isFullQueue())
        {
            System.out.println("队列为满");
        }
        System.out.println("队列的长度：" + myQueue.queueLen());
        
    }
}