隊列——數組結構實現（普通隊列）

一、隊列

1. 隊列的概念

• 隊列的核心理念是：先進先出；
• 隊列是一種特殊的線性表：它只允許在表的前端（front）進行刪除操作，而在表的後端（tail）進行插入操作；
• 隊列和棧都是一種操作受限的線性表，其中進行插入操作的端稱之爲隊尾，進行刪除操作的端稱之爲隊首；

2.隊列的屬性

• getFront()：獲取隊首的元素，但不進行出隊操作；
• getSize()：獲取隊列中元素的數量；
• isEmpty()：判斷隊列是否爲空；
• enqueue()：在隊尾tail插入元素；
• dequeue()：在隊首front刪除元素；

上述隊列的屬性抽象成接口，其代碼實現如下：

/**
 * @Author: zjtMeng
 * @Date: 2019/12/22 18:47
 * @Version 1.0
 */
public interface Queue<E> {

    void enqueue(E e);

    E dequeue();

    E getFront();

    int getSize();

    boolean isEmpty();
}

二、普通隊列ArrayQueue

• 普通隊列概念是：底層通過數組來實現，且通過調用addLast()實現入隊操作，調用removeFirst()實現出隊操作；

• 此部分會用到之前自己封裝的數組，其博客地址如下：自己封裝的數組Array

2.1基本方法的實現：

• 隊列的有參構造方法和無參構造方法初始化隊列的容積，可以直接調用Array的構造方法

    public ArrayQueue(int capacity){
        array =new Array<>(capacity);
    }

    public ArrayQueue(){
        array = new Array<>();
    }

• 入隊操作，通過調用Array中的addLast()方法。由於Array中在設計addLast()方法時，已經考慮了擴容的操作，因此實現隊列的入隊操作時，不必考慮擴容這部分情況;
  Array中addLast()方法和擴容操作代碼：

    /**
     * 調用add()方法,實現在所有元素之後添加一個新元素
     */
    public void addLast(E e){
        add(size,e);
    } 

    /**
     * 在index位置上插入元素e
     * @param index
     * @param e
     */
    public void add(int index,E e){
        //判斷傳入的插入位置參數是否規範以及合乎要求，
        if (index <0 || index> size)
            throw new IllegalArgumentException("add failed. Require index >=0 || index < size");
        //判斷當前數組是否已經達到容量了
        if (size == data.length)
        	//調用resize()方法，進行擴容
            resize(2 * data.length);
        //從插入位置開始，後面的所有元素全部向後挪一位
        for (int i=size-1; i>=index; i--)
            data[i+1] = data[i];
        data[index] = e;
        size++;
    }

    /**
     * 擴容
     * @param newCapacity
     */
    private void resize(int newCapacity){
        E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity];
        for (int i=0; i<size; i++){
            newData[i] = data[i];
        }
        data = newData;
    }

此處隊列調用Array中的addLast()方法，可以實現入隊操作；

• 出隊操作，通過調用Array中removeFirst()方法。同樣的，由於Array中在設計removeFirst()方法時，已經考慮了縮容的操作，因此實現隊列的入隊操作時，不必考慮擴容這部分情況;
  Array中removeFirst()方法和縮容操作代碼：

    /**
     * 刪除數組最後一個元素，返回刪除的元素
     * @return
     */
    public E removeLast(){
        return remove(size-1);
    }
    
    /**
     * 從數組中刪除指定位置的元素，並返回刪除的元素
     * @param index
     * @return
     */
    public E remove(int index){
        //判斷傳入的插入位置參數是否規範以及合乎要求，
        if (index <0 || index> size)
            throw new IllegalArgumentException("add failed. Require index >=0 || index < size");
        E ret = data[index];
        for (int i = index; i < size ; i++) {
            data[i] = data[i+1];
        }
        size--;
        //此處將移除位置置爲null，是爲了 loitering object != memory leak
        data[size] = null;
        //當數組元素減少到一定程度（數組的容量的1/4。而不是1/2）時，數組容量縮小一倍，從而避免數組在1/2容積節點處位置來回擴容縮容操作
        if(size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0)
            resize(data.length / 2);
        return ret;
    }

因此此處隊列調用Array中的removeFirst()方法，可以實現出隊操作；

2.2普通隊列的實現

代碼如下：

package dataStructure.chapter3;

import dataStructure.chapter1.Array;

/**
 * @Author: zjtMeng
 * @Date: 2019/12/22 18:50
 * @Version 1.0
 */
public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {

    private Array<E> array;

    //有參構造方法
    public ArrayQueue(int capacity){
        array =new Array<>(capacity);
    }

    public ArrayQueue(){
        array = new Array<>();
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        array.addLast(e);
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        return array.removeFirst();
    }

    @Override
    public E getFront() {
        return array.getFirst();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }

    public int getCapacity(){
        return array.getCapacity();
    }

    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Queue");
        res.append("front[");
        for (int i = 0; i<array.getSize(); i++){
            res.append(array.get(i));
            if (i != array.getSize()-1)
                res.append(", ");
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();

    }
}