Java 循环队列/环形队列的实现流程
之前，我们使用链表实现了基础队列，链接放在这里可以去康康哟
Java栈和基础队列的实现详解
之所以没有选择数组来实现，是因为每有一个元素出队，数组中所有剩下的元素都需要向前移动一次，因此没有链表高效。
此时，我们就引出了循环队列的概念。
循环队列，又称环形队列，逻辑上是一个环，物理上依然是线性表。
head-指向队列的第一个元素
tail-指向队列最后一个元素的下一个位置
当tail走到数组末尾时，下一步再次返回数组头部（从0开始）
出队之后的元素就访问不到了，此时逻辑上已经将它删除了，tail向后走到该位置时覆盖它即可。此时就解决了数组队列需要一直搬运元素的问题。
了解循环队列的概念之后，我们就能明白它的几个基础知识:
当head == tail 时，表示队列为空
根据上面 head 和 tail 的定义，队列已满时，tail 指向最后一个元素的下一个位置，也就是head ，此时我们就无法区分环形队列到底是已满还是为空。所以我们在环形队列的数组中浪费一个空间，在区分数组是否已满，如下图，就是一个已满的队列
那么如何移动 tail 指针使他返回数组头部呢？我们运用取模操作：
tail = ( tail + 1 ) % 数组.length;
根据上式我们就能判断队列是否已满的方法：
( tail + 1 ) % 数组.length == head;
此时 head 和 tail 引用向后移动时，不能简单的 +1，要 ++ 之后对数组长度取模，这样就可以返回数组头部继续向后移动:
head = ( head +1 ) % 数组.length;
tail = ( tail +1 ) % 数组.length;
那么如何获取当前队列最后一个元素的索引呢?
图①中最后一个元素的索引就是 tail -1
图②的tail恰好在数组第一个位置，这时最后一个元素下标就是 数组.length -1
综上：数组最后一个元素的索引lastIndex
lastIndex = tail == 0 ? 数组.length -1 : tail -1;
代码实现：
public interface Queue<E> {
void offer(E val);//入队
E poll();//出队，返回出队的值
E peek();//返回队首元素
boolean isEmpty();//判断是否为空
}
import java.util.NoSuchElementException;
//基于整型的循环队列
public class LoopQueue implements Queue<Integer>{
private Integer[] data;
private int head;//队首元素
private int tail;//队尾元素的下一个位置
private int size;//当前元素个数
public LoopQueue(int n){
//n为希望保存的元素个数
//在循环队列中要浪费一个元素空间，来判断是否已满，所以 +1
data = new Integer[n + 1];
}
@Override
//添加元素
public void offer(Integer val) {
if(isFull()){
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("queue is full, cannot offer new val");
}
data[tail] = val;
//tail向后移
tail = (tail + 1) % data.length;
size++;
}
@Override
//出队
public Integer poll() {
if (isEmpty()){
throw new NoSuchElementException("queues empty!cannot poll");
}
Integer val = data[head];
//head向后移动
head = (head + 1) % data.length;
size--;
return val;
}
@Override
public Integer peek() {
if (isEmpty()){
throw new NoSuchElementException("queues empty!cannot poll");
}
return data[head];
}
@Override
//判断是否为空
public boolean isEmpty() {
return tail == head;
}
public String toString(){
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("front[");
//取得最后一个元素的下标
int lastIndex = tail == 0 ? data.length-1 : tail-1;
for (int i = head; i != tail; ) {
sb.append(data[i]);
if (i != lastIndex){
sb.append(",");
}
i = (i+1) % data.length;
}
sb.append("]tail");
return sb.toString();
}
//判断队列是否已满
public boolean isFull(){
return (tail + 1) % data.length == head;
}
}
//代码测试
public class LoopQueueTest {
public static void main(String[] args) {
Queue<Integer> loopQueue = new LoopQueue(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
loopQueue.offer(i+1);
}
System.out.println(loopQueue);
// loopQueue.offer(1);
System.out.println(loopQueue.poll());
System.out.println(loopQueue);
}
}
运行结果：
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