本文實(shí)例講述了Java循環(huán)隊(duì)列原理與用法。分享給大家供大家參考，具體如下：

在正式進(jìn)行循環(huán)隊(duì)列學(xué)習(xí)之前，我們先來(lái)看看在順序隊(duì)列中刪除隊(duì)首元素出現(xiàn)的問(wèn)題

（1）設(shè)一個(gè)容量為capacity=8，size=5(a,b,c,d,e)的數(shù)組，左側(cè)為隊(duì)首、右側(cè)為隊(duì)尾。

（2）出隊(duì)一個(gè)元素后，需整體往前移動(dòng)一位

#出隊(duì)

#2整體前移一位

關(guān)于該種操作方式我們很容易得出時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。

這時(shí)我們就想可不可以在出隊(duì)元素后，整體元素不往前移，而是在數(shù)組中記下隊(duì)首front是誰(shuí)，同時(shí)隊(duì)尾tail指向在下一次元素入隊(duì)時(shí)的位置，這樣當(dāng)再有出隊(duì)時(shí)只需要維護(hù)一下front的指向即可，而不需移動(dòng)元素。就這樣我們就有了循環(huán)隊(duì)列的情況。

(1)初始，數(shù)組整體為空時(shí)，隊(duì)首front、隊(duì)尾tail指向同一個(gè)位置（數(shù)組索引為0的地方）也即front==tail 時(shí)隊(duì)列為空

(2)當(dāng)往數(shù)組中添加元素后，

(3)出隊(duì)一個(gè)元素，front指向新的位置

(4)入隊(duì)元素，tail疊加

(5)當(dāng)tail不能再增加時(shí)，數(shù)組前面還有空余，此時(shí)循環(huán)隊(duì)列就該出場(chǎng)了。

此時(shí)數(shù)組應(yīng)該變?yōu)檫@樣：

在往數(shù)組中添加一個(gè)元素：

這樣數(shù)組就已經(jīng)滿了（tail+1==front 隊(duì)列滿），開(kāi)始出發(fā)擴(kuò)容操作。【capacity中，浪費(fèi)一個(gè)空間】。

為了tail能返回到數(shù)組的前面位置，將隊(duì)列滿的表達(dá)式變?yōu)?【（tail+1）%c==front】這樣數(shù)組就可以循環(huán)移動(dòng)了。

新建一個(gè)類(lèi)LoopQueue并實(shí)現(xiàn)接口Queue。

#1：接口Queue代碼如下：

package Queue;public interface Queue<E> { //獲取隊(duì)列中元素個(gè)數(shù) int getSize(); //隊(duì)列中元素是否為空 boolean isEmpty(); //入隊(duì)列 void enqueue(E e); //出隊(duì)列 E dequeue(); //獲取隊(duì)首元素 E getFront();}

#2：LoopQueue相關(guān)代碼：

package Queue;//循環(huán)隊(duì)列public class LoopQueue<E> implements Queue<E> { private E[] data; private int front, tail; private int size;//隊(duì)列中元素個(gè)數(shù) //構(gòu)造函數(shù)，傳入隊(duì)列的容量capacity構(gòu)造函數(shù) public LoopQueue(int capacity) { data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪費(fèi)與一個(gè)空間 front = 0; tail = 0; size = 0; } //無(wú)參構(gòu)造函數(shù)，默認(rèn)隊(duì)列的容量capacity=10 public LoopQueue() { this(10); } //真正容量 public int getCapacity() { return data.length - 1; } //隊(duì)列是否為空 @Override public boolean isEmpty() { return front == tail; } //隊(duì)列中元素個(gè)數(shù) @Override public int getSize() { return size; } //入隊(duì)列操作 @Override public void enqueue(E e) { if ((tail + 1) % data.length == front) {//隊(duì)列已滿，需要擴(kuò)容 resize(getCapacity() * 2); } data[tail] = e; tail = (tail + 1) % data.length; size++; } //出隊(duì)操作 @Override public E dequeue() { if (isEmpty()) { throw new IllegalArgumentException('隊(duì)列為空'); } E ret = data[front]; data[front] = null;//手動(dòng)釋放 front = (front + 1) % data.length; size--; if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) { resize(getCapacity() / 2); } return ret; } //獲取隊(duì)首元素 @Override public E getFront() { if (isEmpty()) { throw new IllegalArgumentException('隊(duì)列為空'); } return data[front]; } //改變?nèi)萘? private void resize(int newCapacity) { E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity + 1]; for (int i = 0; i < size; i++) { newData[i] = data[(front + i) % data.length];//循環(huán)數(shù)組防止越界 } data = newData; front = 0; tail = size; } @Override public String toString() { StringBuilder res = new StringBuilder(); res.append(String.format('Queue:size=%d, capacity=%dn', size, getCapacity())); res.append('front ['); for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length) { res.append(data[i]); if ((i + 1) % data.length != tail) {res.append(','); } } res.append('] tail'); return res.toString(); }}

在關(guān)于LoopQueue類(lèi)中需要注意的：

（1）第11行中的+1是capacity需要浪費(fèi)一個(gè)空間，故在實(shí)例化是多加1

data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪費(fèi)與一個(gè)空間

（2）地24行真正的容量是data.length-1，這是由于有一個(gè)空間是浪費(fèi)的。

data.length - 1;

（3）關(guān)于入隊(duì)中第46行tail值的說(shuō)明

為了保證入隊(duì)是循環(huán)操作，tail值的變化規(guī)律為

tail = (tail + 1) % data.length;

（4）關(guān)于82行的數(shù)據(jù)遷移操作，取余操作是為了防止循環(huán)數(shù)組時(shí)越界。

newData[i] = data[(front + i) % data.length];//循環(huán)數(shù)組防止越界

#3直接在LoopQueue中添加一個(gè)main函數(shù)進(jìn)行測(cè)試，相關(guān)代碼如下：

//測(cè)試用例 public static void main(String[] args) { LoopQueue<Integer> queue = new LoopQueue<Integer>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { queue.enqueue(i); System.out.println(queue); if(i%3==2){//每添加3個(gè)元素出隊(duì)列一個(gè)queue.dequeue();System.out.println(queue); } } }

結(jié)果為：

到此我們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)循環(huán)隊(duì)列操作，解決了在順序隊(duì)列中出隊(duì)時(shí)的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)的情況，在循環(huán)隊(duì)列中出隊(duì)的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。

源碼地址 https://github.com/FelixBin/dataStructure/blob/master/src/Queue/LoopQueue.java

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希望本文所述對(duì)大家java程序設(shè)計(jì)有所幫助。