链队列的实现

       队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时，称为空队列。

      队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素成为出队。因为队列只允许在一段插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。

  

顺序队列中的溢出现象：

（1） "下溢"现象：当队列为空时，做出队运算产生的溢出现象。“下溢”是正常现象，常用作程序控制转移的条件。

（2）"真上溢"现象：当队列满时，做进栈运算产生空间溢出的现象。“真上溢”是一种出错状态，应设法避免。

（3）"假上溢"现象：由于入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。当队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模时，也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作。该现象称为"假上溢"现象。

图from baike

队列的常用操作：

（1）初始化队列： 初始条件：队列 不存在。操作结果：构造了一个空队或者带有一个对头的的队列；

（2）入队操作：初始条件： 队列存在。操作结果： 对已存在的队列，插入一个元素x 到队尾，队发生变化；

（3）出队操作：初始条件: 队列 存在且非空，操作结果： 删除队首元素，并返回其值，队发生变化；

（4）读队头元素：初始条件: 队列 存在且非空，操作结果： 读队头元素，并返回其值，队不变；

（5）判队空操作：初始条件： 队列 存在，操作结果： 若队列为空则返回为true，否则返回为false；

（6）清空队列操作：初始条件：队列存在，操作结果：清空队列，队列的长度为0；

（7）计算队列长度：初始条件：队列存在，操作结果：计算并返回队列长度。

 

 

队列常用操作算法的时间和空间复杂度均为O(1)；

 

实现代码：

package com.wxisme.linkqueue;

import java.util.Scanner;

/**
 * 链队列的实现
 * @time 2015/8/16 0:16
 * @author wxisme
 *
 */
public class LinkQueue<T> {
	
	private class Node {
		private T data;
		private Node next;
		
		public Node() {}
		
		public Node(T data) {
			this.data = data;
		}
	}
	
	private Node front;   /*队头*/
	private Node rear;    /*队尾*/
	private int size;     /*长度*/
	
	public LinkQueue() {
		front = null;
		rear = null;
	}
	public LinkQueue(T data) {
		front = new Node(data);
		rear = front;
		size ++;
	}
	//队列的长度
	public int size() {
		return size;
	}
	//从队尾入队
	public void add(T data) {
		if(front == null) {
			front = new Node(data);
			rear = front;
			size ++;
		}
		else {
			Node node = new Node(data);
			rear.next = node;
			rear = node;
			size ++;
		}
	}
	//从队头出队
	public T remove() {
		T t = null;
		if(front != null) {
			t = front.data;
			Node node = front;
			front = front.next;
			node.next = null;//释放对头元素的引用，等待垃圾回收。
			size --;
		}
		else {
			try {
				throw new Exception("队列已经为空，不能移除元素！");
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		return t;
	}
	//读取对头元素
	public T peek() {
		if(front == null) {
			try {
				throw new Exception("队列为空，不能读取对头元素！");
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			}
			return null;
		}
		else {
			return front.data;
		}
	}
	//清空队列
	public void clear() {
		front = rear = null;
		size = 0;
	}
	//判断是否为空
	public boolean isEmpty() {
		return size==0;
	}
	
	public String toString() {
		if(isEmpty()) {
			return "[]";
		}
		else {
			StringBuilder str = new StringBuilder("[" + front.data);
			for(Node node=front.next; node!=null; node=node.next) {
				str.append(","+node.data);
			}
			str.append("]");
			return str.toString();
		}
	}
	/**
	 * 测试代码
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		LinkQueue<Character> queue = new LinkQueue<Character>();
		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		for(int i=0; i<5; i++) {
			queue.add((char)('a'+i));
		}
		System.out.println(queue);
		queue.remove();
		System.out.println(queue);
		System.out.println("队列是否为空：" + queue.isEmpty());
		System.out.println("队列的长度：" + queue.size());
		System.out.println("队头元素为：" + queue.peek());
		System.out.println("清空队列");
		queue.clear();
		System.out.println("队列是否为空：" + queue.isEmpty());
	}
	
}

测试结果：

[a,b,c,d,e]
[b,c,d,e]
队列是否为空：false
队列的长度：4
队头元素为：b
清空队列
队列是否为空：true