java队列实现方法(顺序队列,链式队列,循环队列)

Z时代
2024-01-10
分类：综合

双向顺序队列ArrayDeque和双向链式队列LinkedList，JDK已经包含，在此略。ArrayDeque包括顺序栈和顺序队列，LinkedList包含链式栈和链式队列。ArrayDeque和LinkedList都是线程不安全的。PriorityQueue优先队列也在JDK。

1.顺序队列的实现


package lang;
import java.io.Serializable;
import java.util.Arrays;
/**
 * @ClassName: ArrayQueue
 * @Description: 顺序队列
 * @date 2014年1月20日 下午3:46:19
 * @param <T>
 */
public class ArrayQueue<T> implements Serializable{
 /**
  * @Fields serialVersionUID : TODO
  */
 private static final long serialVersionUID = 7333344126529379197L;
 private int DEFAULT_SIZE = 10;
 private int capacity;//保存数组的长度
 private Object[] elementData;//定义一个数组用于保存顺序队列的元素
 private int front = 0;//队头
 private int rear = 0;//队尾
 //以默认数组长度创建空顺序队列
 public ArrayQueue() {
  capacity = DEFAULT_SIZE;
  elementData = new Object[capacity];
 }
 //以一个初始化元素来创建顺序队列
 public ArrayQueue(T element) {
  this();
  elementData[0] = element;
  rear++;
 }
 public ArrayQueue(int initSize) {
  elementData = new Object[initSize];
 }
 /**
  * 以指定长度的数组来创建顺序队列
  * @param element 指定顺序队列中第一个元素
  * @param initSize 指定顺序队列底层数组的长度
  */
 public ArrayQueue(T element, int initSize) {
  this.capacity = initSize;
  elementData = new Object[capacity];
  elementData[0] = element;
  rear++;
 }
 /**
  * @Title: size   
  * @Description: 获取顺序队列的大小  
  * @return
  */
 public int size() {
  return rear - front;
 }
 /**
  * @Title: offer   
  * @Description: 入队  
  * @param element
  */
 public void offer(T element) {
  ensureCapacity(rear + 1);
  elementData[rear++] = element;
 }
 private void ensureCapacity(int minCapacity) {
  //如果数组的原有长度小于目前所需的长度
  int oldCapacity = elementData.length;
  if (minCapacity > oldCapacity) {
   int newCapacity = (oldCapacity * 3) / 2 + 1;
   if (newCapacity < minCapacity)
    newCapacity = minCapacity;
   // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
   elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
  }
 }
 /**
  * @Title: poll   
  * @Description: 出队  
  * @return
  */
 public T poll() {
  if (isEmpty()) {
   throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
  }
  //保留队列的front端的元素的值
  T oldValue = (T) elementData[front];
  //释放队列的front端的元素
  elementData[front++] = null;
  return oldValue;
 }
 /**
  * @Title: peek   
  * @Description: 返回队列顶元素，但不删除队列顶元素  
  * @return
  */
 public T peek() {
  if (isEmpty()) {
   throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
  }
  return (T) elementData[front];
 }
 /**
  * @Title: isEmpty   
  * @Description: 判断顺序队列是否为空队列  
  * @return
  */
 public boolean isEmpty() {
  return rear == front;
 }
 /**
  * @Title: clear   
  * @Description: 清空顺序队列
  */
 public void clear() {
  //将底层数组所有元素赋为null
  Arrays.fill(elementData, null);
  front = 0;
  rear = 0;
 }
 public String toString() {
  if (isEmpty()) {
   return "[]";
  } else {
   StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
   for (int i = front; i < rear; i++) {
    sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
   }
   int len = sb.length();
   return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
  }
 }
}

2. 链式队列的实现


package lang;
import java.io.Serializable;
/**
 * @ClassName: LinkQueue
 * @Description: 链式队列
 * @date 2014年1月21日 下午3:24:38
 * @param <T>
 */
public class LinkQueue<T> implements Serializable{
 /**
  * @Fields serialVersionUID : TODO
  */
 private static final long serialVersionUID = -6726728595616312615L;
 //定义一个内部类Node，Node实例代表链队列的节点。
 private class Node {
  private T data;//保存节点的数据
  private Node next;//指向下个节点的引用
  //无参数的构造器
  public Node() {
  }
  //初始化全部属性的构造器
  public Node(T data, Node next) {
   this.data = data;
   this.next = next;
  }
 }
 private Node front;//保存该链队列的头节点
 private Node rear;//保存该链队列的尾节点
 private int size;//保存该链队列中已包含的节点数
 /**
  * <p>Title: LinkQueue </p>   
  * <p>Description: 创建空链队列 </p> 
  */
 public LinkQueue() {
  //空链队列，front和rear都是null
  front = null;
  rear = null;
 }
 /**
  * <p>Title: LinkQueue </p>  
  * <p>Description: 以指定数据元素来创建链队列，该链队列只有一个元素</p> 
  */
 public LinkQueue(T element) {
  front = new Node(element, null);
  //只有一个节点，front、rear都指向该节点
  rear = front;
  size++;
 }
 /**
  * @Title: size   
  * @Description: 获取顺序队列的大小  
  * @return
  */
 public int size() {
  return size;
 }
 /**
  * @Title: offer   
  * @Description: 入队  
  * @param element
  */
 public void offer(T element) {
  //如果该链队列还是空链队列
  if (front == null) {
   front = new Node(element, null);   
   rear = front;//只有一个节点，front、rear都指向该节点
  } else {   
   Node newNode = new Node(element, null);//创建新节点   
   rear.next = newNode;//让尾节点的next指向新增的节点   
   rear = newNode;//以新节点作为新的尾节点
  }
  size++;
 }
 /**
  * @Title: poll   
  * @Description: 出队  
  * @return
  */
 public T poll() {
  Node oldFront = front;
  front = front.next;
  oldFront.next = null;
  size--;
  return oldFront.data;
 }
 /**
  * @Title: peek   
  * @Description: 返回队列顶元素，但不删除队列顶元素  
  * @return
  */
 public T peek() {
  return rear.data;
 }
 /**
  * @Title: isEmpty   
  * @Description: 判断顺序队列是否为空队列  
  * @return
  */
 public boolean isEmpty() {
  return size == 0;
 }
 /**
  * @Title: clear   
  * @Description: 清空顺序队列
  */
 public void clear() {
  //将front、rear两个节点赋为null
  front = null;
  rear = null;
  size = 0;
 }
 public String toString() {
  //链队列为空链队列时
  if (isEmpty()) {
   return "[]";
  } else {
   StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
   for (Node current = front; current != null; current = current.next) {
    sb.append(current.data.toString() + ", ");
   }
   int len = sb.length();
   return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
  }
 }
 public static void main(String[] args) {
  LinkQueue<String> queue = new LinkQueue<String>("aaaa");
  //添加两个元素
  queue.offer("bbbb");
  queue.offer("cccc");
  System.out.println(queue);
  //删除一个元素后
  queue.poll();
  System.out.println("删除一个元素后的队列：" + queue);
  //再次添加一个元素
  queue.offer("dddd");
  System.out.println("再次添加元素后的队列：" + queue);
  //删除一个元素后，队列可以再多加一个元素
  queue.poll();
  //再次加入一个元素
  queue.offer("eeee");
  System.out.println(queue);
 }
}

3. 循环队列的实现


package lang;
import java.io.Serializable;
import java.util.Arrays;
/**
 * @ClassName: LoopQueue
 * @Description: 循环队列
 * @date 2014年1月20日 下午3:47:14
 */
public class LoopQueue<T> implements Serializable{
 /**
  * @Fields serialVersionUID : TODO
  */
 private static final long serialVersionUID = -3670496550272478781L;
 private int DEFAULT_SIZE = 10;
 private int capacity;//保存数组的长度
 private Object[] elementData;//定义一个数组用于保存循环队列的元素
 private int front = 0;//队头
 private int rear = 0;//队尾
 //以默认数组长度创建空循环队列
 public LoopQueue() {
  capacity = DEFAULT_SIZE;
  elementData = new Object[capacity];
 }
 //以一个初始化元素来创建循环队列
 public LoopQueue(T element) {
  this();
  elementData[0] = element;
  rear++;
 }
 /**
  * 以指定长度的数组来创建循环队列
  * @param element 指定循环队列中第一个元素
  * @param initSize 指定循环队列底层数组的长度
  */
 public LoopQueue(T element, int initSize) {
  this.capacity = initSize;
  elementData = new Object[capacity];
  elementData[0] = element;
  rear++;
 }
 //获取循环队列的大小
 public int size() {
  if (isEmpty()) {
   return 0;
  }
  return rear > front ? rear - front : capacity - (front - rear);
 }
 //插入队列
 public void add(T element) {
  if (rear == front && elementData[front] != null) {
   throw new IndexOutOfBoundsException("队列已满的异常");
  }
  elementData[rear++] = element;
  //如果rear已经到头，那就转头
  rear = rear == capacity ? 0 : rear;
 }
 //移除队列
 public T remove() {
  if (isEmpty()) {
   throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
  }
  //保留队列的rear端的元素的值
  T oldValue = (T) elementData[front];
  //释放队列的rear端的元素
  elementData[front++] = null;
  //如果front已经到头，那就转头
  front = front == capacity ? 0 : front;
  return oldValue;
 }
 //返回队列顶元素，但不删除队列顶元素
 public T element() {
  if (isEmpty()) {
   throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
  }
  return (T) elementData[front];
 }
 //判断循环队列是否为空队列
 public boolean isEmpty() {
  //rear==front且rear处的元素为null
  return rear == front && elementData[rear] == null;
 }
 //清空循环队列
 public void clear() {
  //将底层数组所有元素赋为null
  Arrays.fill(elementData, null);
  front = 0;
  rear = 0;
 }
 public String toString() {
  if (isEmpty()) {
   return "[]";
  } else {
   //如果front < rear，有效元素就是front到rear之间的元素
   if (front < rear) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
    for (int i = front; i < rear; i++) {
     sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
    }
    int len = sb.length();
    return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
   }
   //如果front >= rear，有效元素为front->capacity之间、0->front之间的
   else {
    StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
    for (int i = front; i < capacity; i++) {
     sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
    }
    for (int i = 0; i < rear; i++) {
     sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
    }
    int len = sb.length();
    return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
   }
  }
 }
 public static void main(String[] args) {
  LoopQueue<String> queue = new LoopQueue<String>("aaaa", 3);
  //添加两个元素
  queue.add("bbbb");
  queue.add("cccc");
  //此时队列已满
  System.out.println(queue);
  //删除一个元素后，队列可以再多加一个元素
  queue.remove();
  System.out.println("删除一个元素后的队列：" + queue);
  //再次添加一个元素，此时队列又满
  queue.add("dddd");
  System.out.println(queue);
  System.out.println("队列满时的长度：" + queue.size());
  //删除一个元素后，队列可以再多加一个元素
  queue.remove();
  //再次加入一个元素，此时队列又满
  queue.add("eeee");
  System.out.println(queue);
 }
}