java实现循环队列

循环队列的优点

普通队列出队操作开销大：在出队操作时，索引为0后面的所有元素，都需要往前移动一位，元素越多，消耗的时间也越多，时间复杂度为O(N)。

循环队列的逻辑：

1、当元素较少时（tail位置在front后面），循环队列与普通队列出队操作一样，入队的元素将会放在tail的位置上，随后执行tail++操作；出队时front位置上的元素将会置null，随后执行front++操作；此时仍能保持着tail位置在front后面的状态，如下图所示：

2、当元素继续添加，最后一个元素将放到索引为7的位置，此时tail位置将会移动到队首前面索引为0的位置上，此时tail在数组的索引为变为：(tail+ 1 )% capacity如下图所示：

3、当元素继续添加时，元素将会在tail位置上添加，tail继续往后移动，如下图所示：

4、继续添加元素，当tail与front还相距一个单位时，即此时数组还有一个空余存储空间，但当前数组已经不能继续实现循环队列的插入操作了，因为循环队列判断队列为空的条件就是front == tail，所以此时需要进行扩容操作；因此此处有意识的浪费了一个空间。

此处可以推出，循环队列元素满的条件为：tail +1 == front(初步得出，后续会完善为(tail + 1) % capacity == front )

5、适当情况下，此若时持续进行出队操作，front的位置也将会从数组最右端跳转到数组最左端开始。此时front在数组的索引为变为：(front + 1 )% capacity

代码实现：（相关视频教程分享：java视频教程）

package dataStructure.chapter3;  /**  * @Author: zjtMeng  * @Date: 2019/12/28 20:13  * @Version 1.0  */ public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {      private E[] data;     private int front,tail;     private int size;      public LoopQueue(int capacity){         data = (E[]) new Object[capacity+1];     }      public LoopQueue(){         this(10);     }      public int getCapacity(){         return data.length-1;     }      /**      * 循环队列入队操作      * @param e      */     @Override     public void enqueue(E e) {         //循环队列元素满的判断条件,如果满了就进行扩容操作，扩大两倍         if ((tail+1)%data.length == front)             resize(2 * getCapacity());         data[tail] = e;         tail = (tail + 1) % data.length;         size ++;      }      /**      * 循环队列扩容      * @param newCapacity      */     private void resize(int newCapacity){         E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity+1];         //循环队列第一种遍历方式         for (int i = 0 ; i < size ; i++ ){ //newData[]中的元素与data[]中的元素，一方面存在着front的偏移量，另一方面，data[]中的元素， //可能在有部分处于front前面，因此此处采用对数组长度取余，来判断元素的位置             newData[i] = data[(i+front)%data.length];         }         data = newData;         front =0;         tail = size;      }      @Override     public E dequeue() {         //首先判断队列是否为空，如果为空则抛出异常         if (isEmpty())             throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");         E ret = data[front];         //引用地址需要置空，否则JVM不能及时回收空间，从而可能会出现OOM异常         data[front] = null;         front = (front + 1 )% data.length;         size--;         //如果元素数量达到队列容积的1/4，且队列容积/2 不等于0时，进行缩容操作         if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0 )             resize(getCapacity() / 2);         return ret;     }      /**      * 查看队首元素      * @return      */     @Override     public E getFront() {         if (isEmpty())             throw new IllegalArgumentException("Queue is empty.");         return data[front];     }      @Override     public int getSize() {         return size;     }      /**      * 判断循队列是否为空      * @return      */     @Override     public boolean isEmpty() {         return front == tail;     }      @Override     public String toString(){         StringBuilder res = new StringBuilder();         res.append(String.format("Queue: size = %d, capacity = %dn",size, getCapacity()));         res.append("front[");         //循环队列遍历的第二种方法         for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length){             res.append(data[i]);             //循环队列未遍历到队尾的标志             if ((i + 1) % data.length != tail)                 res.append(", ");         }         res.append("] tail");         return res.toString();     } }

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