一、队列结构（本文侧重于源码实现，基础理论不多赘述）
和栈一样，队列（queue)也是表，然而使用队列是在一端插入数据，在另一端删除数据。这里插入就是入队（enqueue),删除就是（dequeue).
队列的核心思想是：“先进先出”
队列的实现方式有很多中，常见的有
（1）数组方式
（2）单链表方式
（3）双链表方式
（4）其他
二、数组方式实现队列结构（详细注释说明）
我学习的时候，发现网上有很多数组实现队列，用得最多的是循环结构的方式，提供一下：（数组循环结构实现队列结构）https://blog.csdn.net/ggxxkkll/article/details/8662954
我这里并没有使用这种方式，下面的案例使用的是，在队列内部维护了2个数组，一个是执行数组（固定长度-不可扩展容量），一个等待数组（初始长度+System复制扩展容量），这个队列是永远支持入队操作的，当执行队列未满的时候，优先入队执行队列，当执行队列满了的时候，
会将数据继续入队到等待队列中。当执行队列出队数据的时候，也会检查等待队列中是否有数据，有的话会调取等待的数据到执行队列中。
提供一下类的结构图：
源码如下：
MyQueueDefin3.java
1 package com.xfwl.algorithmAnalysis.heap; 2 import java.util.Arrays; 3 /** 4 * 自定义栈结构（基于数组的形式） 5 * 队列的核心思想：先进先出 6 * @function 日常学习测试 7 * @author 小风微凉 8 * @time 2018-5-20 上午8:41:27 9 */ 10 public class MyQueueDefin3<T> { 11 /** 12 * 定义一个默认扩展容量：100 13 * 特别说明： 14 * 这个案例就不做数组容量扩展了，默认设置一个定量的数组。如果入队列达到上限则需要等待！ 15 * 所以又需要创建一个等待数组（这个可以扩容） 16 * 17 */ 18 private static final int DEFAULT_CAPACITY=10; 19 private static final int DEFAULT_WAIT_CAPACITY=10; 20 /** 21 * 数组队列容器：（执行队列-不支持扩展） 22 */ 23 private T[] arrQueue; 24 /** 25 * 等待队列数组（等待队列-支持扩展） 26 */ 27 private T[] waitQueue; 28 /** 29 * 计数器(执行队列中的数据条数) 30 */ 31 private int nodeCount=0; 32 /** 33 * 计数器(等待队列中的数据条数) 34 */ 35 private int nodeWaitCount=0; 36 /** 37 * 栈构造器 38 */ 39 public MyQueueDefin3(){ 40 //重置队列结构 41 this.arrQueue=(T[]) new Object[this.DEFAULT_CAPACITY]; 42 this.waitQueue=(T[]) new Object[this.DEFAULT_WAIT_CAPACITY]; 43 this.nodeCount=0; 44 this.nodeWaitCount=0; 45 } 46 /** 47 * 扩展数组容器(仅供waitQueue使用) 48 * @param newCapacity 新容量大小 49 * 说明：这里参考ArrayList源码中的一套扩展规则">>" 50 */ 51 public void ensureCapacity(int newCapacity){ 52 //大小范围检查 53 if(newCapacity<=this.size()){//不超过了当前容器的容量大小 54 return;//则不需要扩展容器容量 55 } 56 //数组初始值判断 57 if(this.waitQueue==null){ 58 waitQueue=(T[]) new Object[newCapacity]; 59 return;//第一次初始化进来 60 } 61 //需要扩展容器容量 62 T[] newItems=(T[]) Arrays.copyOf(this.waitQueue, newCapacity,this.waitQueue.getClass()); 63 this.waitQueue=newItems; 64 } 65 /** 66 * 执行队列容量 67 * @return 68 */ 69 public int size(){ 70 return this.nodeCount; 71 } 72 /** 73 * 等待队列容量 74 * @return 75 */ 76 public int waitSize(){ 77 return this.nodeWaitCount; 78 } 79 /** 80 * 数据入队列 81 * @param data 数据 82 * @return 83 */ 84 public boolean enqueue(T data){ 85 boolean bool=false; 86 try{ 87 //判断当前执行队列是否达到上限 88 if(this.size()==this.DEFAULT_CAPACITY){//执行队列已经上限，数据压入等待队列中 89 //判断等待队列是否达到上限，是否需要扩容 90 if(this.nodeWaitCount==this.waitQueue.length){//等待队列达到上限，需要扩容 91 int newCapacity=this.waitSize()+this.waitSize()>>1;//扩展量：取当前容量的一半，且向下取整 92 ensureCapacity(newCapacity); 93 } 94 //数据压入等待队列 95 this.waitQueue[this.nodeWaitCount]=data; 96 this.nodeWaitCount++; 97 bool=false; 98 System.out.println("执行队列已满容量："+DEFAULT_CAPACITY+"，数据进入等待队列！等待队列容量："+this.waitSize()); 99 }else{//执行队列未满，可继续压入 100 this.arrQueue[this.nodeCount]=data; 101 this.nodeCount++; 102 bool=true; 103 System.out.println("数据进入执行队列！当前容量："+this.size()+",剩余容量："+(this.DEFAULT_CAPACITY-this.size())); 104 } 105 }catch(Exception e){ 106 e.printStackTrace(); 107 throw e; 108 } 109 return bool; 110 } 111 /** 112 * 数据出队列 113 * @return 114 */ 115 public T dequeue(){ 116 T data=null; 117 if(this.size()==0){ 118 System.out.println("执行队列中无数据，请先插入数据！"); 119 return data; 120 } 121 if(this.size()==this.DEFAULT_CAPACITY){//执行队列已经上限，出队的同时，调取等待队列的第一条数据到执行队列中 122 //出执行队列 123 data=this.arrQueue[0]; 124 //数组数据前移一位 125 System.arraycopy(this.arrQueue, 1, this.arrQueue, 0, this.size()-1); 126 this.arrQueue[this.size()-1]=null; 127 this.nodeCount--; 128 System.out.println("执行队列【已满】，出队数据："+data+",当前容量："+this.nodeCount+"，剩余熔炼"+(this.DEFAULT_CAPACITY-this.nodeCount)); 129 //调取判断 130 if(this.waitSize()>0){ 131 //调取等待队列的第一条数据到执行队列的最后一条 132 T tmpData=this.waitQueue[0]; 133 this.arrQueue[this.DEFAULT_CAPACITY-1]=tmpData; 134 //等待队列数据变化：要移除的位置之后的数据前移一位 135 System.arraycopy(this.waitQueue, 1, this.waitQueue, 0, this.waitSize()-1); 136 //末尾的数据需要置空 137 this.waitQueue[this.waitSize()-1]=null; 138 //计数-1 139 this.nodeWaitCount--; 140 this.nodeCount++; 141 System.out.println("tips:等待队列调取一位数据补充执行队列，调取数据："+tmpData+"，当前执行队列当前容量："+this.nodeCount+"，剩余熔炼"+(this.DEFAULT_CAPACITY-this.nodeCount)); 142 }else{ 143 System.out.println("tips:等待队列中无数据，当前执行队列当前容量："+this.nodeCount+"，剩余熔炼"+(this.DEFAULT_CAPACITY-this.nodeCount)); 144 } 145 }else{//仅仅执行队列中数据出列 146 //出执行队列 147 data=this.arrQueue[0]; 148 //数组数据前移一位 149 System.arraycopy(this.arrQueue, 1, this.arrQueue, 0, this.size()-1); 150 this.arrQueue[this.size()-1]=null; 151 this.nodeCount--; 152 System.out.println("执行队列【不满】，出队数据："+data+",当前容量："+this.nodeCount+"，剩余熔炼"+(this.DEFAULT_CAPACITY-this.nodeCount)); 153 } 154 return data; 155 } 156 /** 157 * 打印队列数据 158 */ 159 public void printList(){ 160 System.out.println("----1·【执行队列】开始打印---------------------"); 161 for(int i=0;i<this.size();i++){ 162 System.out.println(this.arrQueue[i]); 163 } 164 if(this.size()==0){ 165 System.out.println("队列为空，无数据返回！"); 166 } 167 System.out.println("----1·【执行队列】结束打印---------------------"); 168 System.out.println("----2·【等待队列】开始打印---------------------"); 169 for(int i=0;i<this.waitSize();i++){ 170 System.out.println(this.waitQueue[i]); 171 } 172 if(this.waitSize()==0){ 173 System.out.println("队列为空，无数据返回！"); 174 } 175 System.out.println("----2·【等待队列】结束打印---------------------"); 176 } 177 }
测试类：Test3.java
1 package com.xfwl.algorithmAnalysis.heap; 2 3 public class Test3 { 4 public static void main(String[] args) { 5 //创建一个队列对象 6 MyQueueDefin3<Object> queue=new MyQueueDefin3<>(); 7 //打印 8 queue.printList(); 9 //压入数据(把执行队列压满) 10 for(int i=0;i<10;i++){ 11 queue.enqueue("数据-"+(i+1)); 12 } 13 //打印 14 queue.printList(); 15 //再压入一个数据到执行队列中 16 queue.enqueue("数据-11"); 17 queue.enqueue("数据-12"); 18 queue.enqueue("数据-13"); 19 //打印 20 queue.printList(); 21 //执行队列出列一个数据 22 queue.dequeue(); 23 //打印 24 queue.printList(); 25 } 26 }
运行结果：
----1·【执行队列】开始打印--------------------- 队列为空，无数据返回！ ----1·【执行队列】结束打印--------------------- ----2·【等待队列】开始打印--------------------- 队列为空，无数据返回！ ----2·【等待队列】结束打印--------------------- 数据进入执行队列！当前容量：1,剩余容量：9 数据进入执行队列！当前容量：2,剩余容量：8 数据进入执行队列！当前容量：3,剩余容量：7 数据进入执行队列！当前容量：4,剩余容量：6 数据进入执行队列！当前容量：5,剩余容量：5 数据进入执行队列！当前容量：6,剩余容量：4 数据进入执行队列！当前容量：7,剩余容量：3 数据进入执行队列！当前容量：8,剩余容量：2 数据进入执行队列！当前容量：9,剩余容量：1 数据进入执行队列！当前容量：10,剩余容量：0 ----1·【执行队列】开始打印--------------------- 数据-1 数据-2 数据-3 数据-4 数据-5 数据-6 数据-7 数据-8 数据-9 数据-10 ----1·【执行队列】结束打印--------------------- ----2·【等待队列】开始打印--------------------- 队列为空，无数据返回！ ----2·【等待队列】结束打印--------------------- 执行队列已满容量：10，数据进入等待队列！等待队列容量：1 执行队列已满容量：10，数据进入等待队列！等待队列容量：2 执行队列已满容量：10，数据进入等待队列！等待队列容量：3 ----1·【执行队列】开始打印--------------------- 数据-1 数据-2 数据-3 数据-4 数据-5 数据-6 数据-7 数据-8 数据-9 数据-10 ----1·【执行队列】结束打印--------------------- ----2·【等待队列】开始打印--------------------- 数据-11 数据-12 数据-13 ----2·【等待队列】结束打印--------------------- 执行队列【已满】，出队数据：数据-1,当前容量：9，剩余熔炼1 tips:等待队列调取一位数据补充执行队列，调取数据：数据-11，当前执行队列当前容量：10，剩余熔炼0 ----1·【执行队列】开始打印--------------------- 数据-2 数据-3 数据-4 数据-5 数据-6 数据-7 数据-8 数据-9 数据-10 数据-11 ----1·【执行队列】结束打印--------------------- ----2·【等待队列】开始打印--------------------- 数据-12 数据-13 ----2·【等待队列】结束打印---------------------
三、单链表方式实现队列结构
类结构图：
MyQueueDefin.java类
1 package com.xfwl.algorithmAnalysis.heap; 2 /** 3 * 自定义栈结构（基于单链表的形式） 4 * 队列的核心思想：先进先出 5 * @function 日常学习测试 6 * @author 小风微凉 7 * @time 2018-5-20 上午8:41:27 8 */ 9 public class MyQueueDefin<T> { 10 /** 11 * 头结点 12 */ 13 private Node<T> front; 14 /** 15 * 计数器 16 */ 17 private int nodeCount=0; 18 /** 19 * 队列构造器 20 */ 21 public MyQueueDefin(){ 22 //重置队列结构 23 front=new Node(null,null); 24 nodeCount=0; 25 } 26 /** 27 * 队列容量 28 * @return 29 */ 30 public int size(){ 31 return this.nodeCount; 32 } 33 /** 34 * 拿到最后一个结点（最新的入队列数据结点） 35 * @return 36 */ 37 private Node<T> findLastNode(){ 38 Node<T> tmp=this.front; 39 while(tmp.next!=null){ 40 tmp=tmp.next; 41 } 42 return tmp; 43 } 44 /** 45 * 数据入队列 46 * @param data 数据 47 * @return 48 */ 49 public boolean enqueue(T data){ 50 boolean bool=false; 51 try{ 52 //创建新鲜结点 53 Node<T> newNode=new Node<>(data,null); 54 //拿到队列尾部结点 55 this.findLastNode().next=newNode; 56 //计数器+1 57 this.nodeCount++; 58 bool=true; 59 }catch(Exception e){ 60 e.printStackTrace(); 61 throw e; 62 } 63 return bool; 64 } 65 /** 66 * 数据出队列 67 * @return 68 */ 69 public T dequeue(){ 70 if(this.size()==0){ 71 System.out.println("空队列，请先插入数据！"); 72 return null; 73 } 74 T data=this.findNode(0).data; 75 this.front.next=this.findNode(0).next; 76 this.nodeCount--; 77 return data; 78 } 79 /** 80 * 根据索引值找到结点 81 * @param index 位置索引值 82 * @return 83 */ 84 private Node<T> findNode(int index){ 85 if(index<0 || index>(this.size()-1)){ 86 throw new IllegalArgumentException("参数不合法，请重新输入！"); 87 } 88 //第一个数据结点 89 Node tmp=this.front.next; 90 for (int i = 0; i < this.size(); i++) { 91 if(index==i){ 92 break; 93 } 94 tmp=tmp.next; 95 } 96 return tmp; 97 } 98 /** 99 * 打印队列数据 100 */ 101 public void printList(){ 102 System.out.println("-----------开始打印----------------"); 103 for(int i=0;i<this.size();i++){ 104 System.out.println(this.findNode(i).data); 105 } 106 if(this.size()==0){ 107 System.out.println("队列为空，无数据！"); 108 } 109 System.out.println("-----------结束打印----------------"); 110 } 111 /** 112 * 内置一个结点类 113 */ 114 private class Node<T>{ 115 /** 116 * 结点数据域 117 */ 118 private T data; 119 /** 120 * 结点指针域 121 */ 122 private Node<T> next; 123 /** 124 * 结点构造函数 125 */ 126 public Node(T data,Node<T> node){ 127 this.data=data; 128 this.next=node; 129 } 130 } 131 }
测试类：Test.java
1 package com.xfwl.algorithmAnalysis.heap; 2 /** 3 * 测试类 4 * @function 5 * @author 小风微凉 6 * @time 2018-5-20 上午9:01:13 7 */ 8 public class Test { 9 public static void main(String[] args) { 10 //创建队列对象 11 MyQueueDefin<Object> queue=new MyQueueDefin<>(); 12 //打印 13 queue.printList(); 14 //入队 15 queue.enqueue("当1个数据"); 16 queue.enqueue("当2个数据"); 17 queue.enqueue("当3个数据"); 18 queue.enqueue("当4个数据"); 19 queue.enqueue("当5个数据"); 20 //打印 21 queue.printList(); 22 //出队 23 queue.dequeue(); 24 //打印 25 queue.printList(); 26 //入队 27 queue.enqueue("当6个数据"); 28 //打印 29 queue.printList(); 30 } 31 }
运行结果：
-----------开始打印---------------- 队列为空，无数据！ -----------结束打印---------------- -----------开始打印---------------- 当1个数据 当2个数据 当3个数据 当4个数据 当5个数据 -----------结束打印---------------- -----------开始打印---------------- 当2个数据 当3个数据 当4个数据 当5个数据 -----------结束打印---------------- -----------开始打印---------------- 当2个数据 当3个数据 当4个数据 当5个数据 当6个数据 -----------结束打印----------------
四、双链表方式实现队列结构
类结构图
MyQueueDefin2.java
1 package com.xfwl.algorithmAnalysis.heap; 2 3 /** 4 * 自定义栈结构（基于双链表的形式） 5 * 队列的核心思想：先进先出 6 * @function 日常学习测试 7 * @author 小风微凉 8 * @time 2018-5-20 上午8:41:27 9 */ 10 public class MyQueueDefin2<T> { 11 /** 12 * 头结点 13 */ 14 private Node<T> front; 15 /** 16 * 尾结点 17 */ 18 private Node<T> back; 19 /** 20 * 计数器 21 */ 22 private int nodeCount=0; 23 /** 24 * 队列构造器 25 */ 26 public MyQueueDefin2(){ 27 //重置队列结构 28 this.front=new Node(null,null,null); 29 this.back=new Node(null,null,null); 30 this.front.next=this.back; 31 this.back.prev=this.front; 32 nodeCount=0; 33 } 34 /** 35 * 队列容量 36 * @return 37 */ 38 public int size(){ 39 return this.nodeCount; 40 } 41 /** 42 * 拿到最后一个结点（最新的入队列数据结点） 43 * @return 44 */ 45 private Node<T> findLastNode(){ 46 if(this.size()==0){ 47 return this.front; 48 } 49 return this.back.prev; 50 } 51 /** 52 * 数据入队列 53 * @param data 数据 54 * @return 55 */ 56 public boolean enqueue(T data){ 57 boolean bool=false; 58 try{ 59 //创建新鲜结点 60 Node<T> newNode=new Node<>(data,null,null); 61 //拿到队列尾部结点 62 Node lastNode=this.findLastNode(); 63 lastNode.next=newNode; 64 newNode.prev=lastNode; 65 newNode.next=this.back; 66 this.back.prev=newNode; 67 //计数器+1 68 this.nodeCount++; 69 bool=true; 70 }catch(Exception e){ 71 e.printStackTrace(); 72 throw e; 73 } 74 return bool; 75 } 76 /** 77 * 数据出队列 78 * @return 79 */ 80 public T dequeue(){ 81 if(this.size()==0){ 82 System.out.println("空队列，请先插入数据！"); 83 return null; 84 } 85 Node<T> deNode=this.findNode(0); 86 T data=deNode.data; 87 this.front.next=deNode.next; 88 deNode.next.prev=this.front; 89 this.nodeCount--; 90 return data; 91 } 92 /** 93 * 根据索引值找到结点 94 * @param index 位置索引值 95 * @return 96 */ 97 private Node<T> findNode(int index){ 98 if(index<0 || index>(this.size()-1)){ 99 throw new IllegalArgumentException("参数不合法，请重新输入！"); 100 } 101 //第一个数据结点 102 Node tmp=this.front.next; 103 for (int i = 0; i < this.size(); i++) { 104 if(index==i){ 105 break; 106 } 107 tmp=tmp.next; 108 } 109 return tmp; 110 } 111 /** 112 * 打印队列数据 113 */ 114 public void printList(){ 115 System.out.println("-----------开始打印----------------"); 116 for(int i=0;i<this.size();i++){ 117 System.out.println(this.findNode(i).data); 118 } 119 if(this.size()==0){ 120 System.out.println("队列为空，无数据！"); 121 } 122 System.out.println("-----------结束打印----------------"); 123 } 124 /** 125 * 内置一个结点类 126 */ 127 private class Node<T>{ 128 /** 129 * 结点数据域 130 */ 131 private T data; 132 /** 133 * 结点前驱指针域 134 */ 135 private Node<T> prev; 136 /** 137 * 结点后驱指针域 138 */ 139 private Node<T> next; 140 /** 141 * 结点构造函数 142 */ 143 public Node(T data,Node<T> prev,Node<T> next){ 144 this.data=data; 145 this.prev=prev; 146 this.next=next; 147 } 148 } 149 }
测试类：Test2.java
1 package com.xfwl.algorithmAnalysis.heap; 2 /** 3 * 测试类 4 * @function 5 * @author 小风微凉 6 * @time 2018-5-20 上午9:01:13 7 */ 8 public class Test2 { 9 public static void main(String[] args) { 10 //创建队列对象 11 MyQueueDefin2<Object> queue=new MyQueueDefin2<>(); 12 //打印 13 queue.printList(); 14 //入队 15 queue.enqueue("当1个数据"); 16 queue.enqueue("当2个数据"); 17 queue.enqueue("当3个数据"); 18 queue.enqueue("当4个数据"); 19 queue.enqueue("当5个数据"); 20 //打印 21 queue.printList(); 22 //出队 23 queue.dequeue(); 24 //打印 25 queue.printList(); 26 //入队 27 queue.enqueue("当6个数据"); 28 //打印 29 queue.printList(); 30 } 31 }
运行结果：
-----------开始打印---------------- 队列为空，无数据！ -----------结束打印---------------- -----------开始打印---------------- 当1个数据 当2个数据 当3个数据 当4个数据 当5个数据 -----------结束打印---------------- -----------开始打印---------------- 当2个数据 当3个数据 当4个数据 当5个数据 -----------结束打印---------------- -----------开始打印---------------- 当2个数据 当3个数据 当4个数据 当5个数据 当6个数据 -----------结束打印----------------