队列与循环队列：数据结构中的先进先出原则

队列：先进先出数据结构

队列是一种运算受限的线性数据结构，其基本原则遵循先进先出（FIFO），类似于人们在现实生活中排队等候。在队列中，只能在队尾添加元素，而在队首删除元素。

队列的特性：

• 先进先出： 后添加的元素优先被删除。
• 队首： 用于删除元素的一端。
• 队尾： 用于添加元素的一端。

队列的实现：

队列可以通过数组或链表实现。

• 数组实现： 使用数组存储元素，并维护队首和队尾指针。
• 链表实现： 使用链表存储元素，并维护队首和队尾节点。

循环队列：提高空间利用率

循环队列是一种特殊的队列实现，旨在提高空间利用率。在循环队列中，队列的队尾和队首可以相遇，形成一个环形结构。

• 优点： 提高了空间利用率，避免了数组实现中队首队尾指针移动时可能出现的数组浪费。
• 缺点： 需要额外的空间存储队尾指针。

队列和循环队列的应用

队列和循环队列广泛应用于各种场景，包括：

• 消息队列： 在系统间传递消息。
• 打印缓冲区： 在打印机中存储待打印数据。
• 事件队列： 在操作系统中存储等待处理的事件。

示例代码：

Java实现队列：

class Queue {
    private int[] arr;
    private int head;
    private int tail;

    public Queue(int capacity) {
        arr = new int[capacity];
        head = -1;
        tail = -1;
    }

    public void enqueue(int data) {
        // ...
    }

    public int dequeue() {
        // ...
    }
}

Python实现循环队列：

class CircularQueue:
    def __init__(self, capacity):
        self.arr = [None] * capacity
        self.head = 0
        self.tail = 0

    def enqueue(self, data):
        # ...

    def dequeue(self):
        # ...

结论

队列是一种重要的数据结构，遵循先进先出的原则，广泛应用于各种场景。理解队列和循环队列的概念对于掌握数据结构至关重要，其实现可以通过数组或链表，循环队列可以提高空间利用率。通过示例代码，我们深入了解了队列在实际应用中的运作方式。