队列结构剖析：顺序队与循环队列实操指南

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2024-01-20 18:24:33

走进队列的世界：理解数据结构中的基本模块

队列，一个先进先出的数据结构，在计算机科学中扮演着至关重要的角色。它就像一个有序的队伍，最早加入的元素将最先离开。

队列的基本概念：第一印象

了解队列的第一步是理解其基本概念：

队头（Front）： 队列中第一个元素所在的位置。
队尾（Rear）： 队列中最后一个元素所在的位置。
入队（Enqueue）： 将新元素添加到队列尾部。
出队（Dequeue）： 从队列头部移除并返回元素。

顺序队列：队列结构的初体验

顺序队列是一种最简单的队列实现方式，使用连续的内存空间存储元素。它的操作十分直观：入队时，将新元素添加到队列尾部；出队时，从队列头部移除元素。

优点： 实现简单，易于理解。

缺点： 空间利用率低，出队操作较慢。

// 顺序队列的 Java 实现

public class SimpleQueue {
    private int[] arr;
    private int front, rear;

    public SimpleQueue(int size) {
        arr = new int[size];
        front = rear = -1;
    }

    // 入队
    public void enqueue(int data) {
        if (rear == arr.length - 1) {
            System.out.println("队列已满，无法入队！");
        } else {
            rear++;
            arr[rear] = data;
        }
    }

    // 出队
    public int dequeue() {
        if (front == rear) {
            System.out.println("队列已空，无法出队！");
            return -1;
        } else {
            front++;
            return arr[front];
        }
    }
}

循环队列：空间利用率的提升

循环队列是一种改良版的队列结构，通过巧妙利用空间克服了顺序队列的缺点。它将队列元素存储在一个环形缓冲区中，当队列达到队尾时，可以从队头继续存储元素，提高了空间利用率。

优点： 空间利用率高，出队操作比顺序队列快。

缺点： 实现稍复杂，需要理解环形缓冲区的概念。

// 循环队列的 Java 实现

public class CircularQueue {
    private int[] arr;
    private int front, rear, size;

    public CircularQueue(int size) {
        arr = new int[size];
        front = rear = -1;
        this.size = size;
    }

    // 入队
    public void enqueue(int data) {
        if ((rear + 1) % size == front) {
            System.out.println("队列已满，无法入队！");
        } else {
            rear = (rear + 1) % size;
            arr[rear] = data;
            if (front == -1) {
                front = rear;
            }
        }
    }

    // 出队
    public int dequeue() {
        if (front == -1) {
            System.out.println("队列已空，无法出队！");
            return -1;
        } else {
            int data = arr[front];
            front = (front + 1) % size;
            if (front == rear) {
                front = rear = -1;
            }
            return data;
        }
    }
}