（三）循环队列

目录

• 前言
• 思想
• 已实现方法
• 注意点
• java 代码

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前言

循环队列，是为了解决 数组队列 ，deQueue（） 复杂度为 O(n) 的问题；

底层，我们不再使用之前我们实现的 动态数组 ，因为它的 reSize（） 不符合我们的要求，对 循环队列 的扩容，要另写一套方法 ；

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思想

循环队列，deQueue() 操作的时候，是不会将后面的元素，往前移动的，它使用一个标记 front 来记录当前队首在哪里，同样，由于后面的元素不会往前移动，那么数组的前端就会有空缺，当数组后面装满了的时候，就会再前面继续装 ；这里为了表示队尾在哪，用一个 tail 标记 ；

只有当数组的前后，都装满了，才会进行数组的扩容 ；

为了便于逻辑的编写，我们有意识的丢弃一个空间不用，这样当 front == tail 就表示队列为空，当 (tail + 1 ) % (数组长度-1） == front 就表示队列满了 ；

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已实现方法

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注意点

在进行 reSize() 操作的时候，我们要保证数组的最少长度为 3 ；

因为，在我们的底层 toString() 方法中，有一个 bug ：当满足数组长度为 2，队列中只有一个元素，然后执行出队列操作，就会触发这个 bug ;

toString（） 代码（bug在for循环中）

@Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("LoopQueue : size = %d , capacity = %d ，front = %d ,tail = %d ,length = %d; 
", getSize(), getCapacity(), front, tail, array.length));
        res.append("Front [ ");

        for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % (array.length - 1)) {
            res.append(array[i]);
           if (!((i + 1) % (array.length - 1) == tail)) {
                res.append(", ");
           }
        }

        res.append(" ] Tail ");
        return res.toString();
    }

产生这个问题的原因很简单

呜呜呜，我debug了一上午，换来一个原因很简单。。

当满足上面触发 bug 条件的时候， front = 0 、tail = 1 array.length = 2 或者 front = 1 、tail = 0 array.length = 2；带入 for 循环，爽了，都是个死循环 ；

解决方法有2种：

使用下面的方法遍历队列；或者在 reSize（） 的时候，保证数组长度最小为 3 ；

       for (int i = 0; i < size; i++) {
            res.append(array[(front + i) % (array.length - 1)]);
            if (i != size - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }

关键点在于不能让 array.length - 1 == 1 ；不然循环队列，就无法循环了；

因此，稳妥点，还是保证数组的长度，比较靠谱；

 private void reSize(int newCapacity) {
//          保证了数组的长度，最少是 3
        E[] array = (E[]) new Object[newCapacity + 2];
//       复制原数组到新数组
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            array[i] = this.array[(front + i) % (this.array.length - 1)];
        }
        this.array = array;
        front = 0;
        tail = size;
    }

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java 代码

----------- Queue 接口 --------------

package xin.ijava.quene;

/**
 *   数组队列  、 循环队列
 *    时间比较 ；
 *    @author An
 */
@SuppressWarnings("unused")
public interface Queue<E> {

    /**
     * 获取队列中的实际元素个数
     * @return 元素个数
     */
    int getSize()  ;

    /**
     *   队列是否为空
     * @return  队列的情况
     */
    boolean isEmpty() ;

    /**
     * 获取当其队列的队首元素
     * @return 队首元素
     */
    E getFront();

    /**
     * 移除当前队首元素
     * @return  队首元素
     */
    E deQueue() ;

    /**
     * 将元素添加到 队尾
     * @param e 目标元素
     */
    void enQueue(E e) ;

}



------------- 循环队列实现类 ---------------

package xin.ijava.quene;

/**
 * 循环队列，解决 enQueue() 复杂度为 O(n) 的问题 ；
 * <p>
 * 底层实现不再是使用我们的动态数组；
 * 只是使用普通的数组，但是我们将要赋予它动态伸缩的能力 ；
 *
 * @author An
 */
public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {

    /**
     * 底层维护的可怜弱小又无助的普通数组 ；
     */
    private E[] array;
    /**
     * 其实存储了多少个元素，可以根据 front 和 tail 算出来的 ；
     * 但是为了方便逻辑的编写，我们还是用一个变量记录下，等会挑战下，不记录的版本 ；
     */
    private int size;
    private int front, tail;

    public LoopQueue() {
        array = (E[]) new Object[10];
        size = 0;
        front = tail = 0;
    }

    /**
     * 真实开启内存的时候，比用户传进来的参数大一个 ，因为，我们要故意的抛弃一个内存不用
     *
     * @param capacity
     */
    public LoopQueue(int capacity) {
        array = (E[]) new Object[capacity + 1];
        size = 0;
        front = tail = 0;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public E getFront() {
        return array[front];
    }

    @Override
    public E deQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Queue is already empty ,can not execute deQueue method;");
        }
        /**
         *    移除队首元素，我们不再进行元素的移动，只是移动记录队首的标记
         *    移动的时候，注意，对数组的容量进行取余，防止越界 ！
         */

        /**
         * 在进行缩容的时候，要保证数组大小大于等于3，因为在我们的toString 中，使用的遍历数组的方法有bug
         *
         *  array.length / 2 最小值是 1 ；
         */
        if (size == array.length / 4 && array.length / 2 != 0) {
            reSize(array.length / 2);
        }


        E temp = array[front];
        front = (front + 1) % (array.length - 1);
        size--;

        return temp;
    }

    @Override
    public void enQueue(E e) {
//        判断是否需要扩容
        if ((tail + 1) % (array.length - 1) == front) {
            reSize(2 * (array.length - 1));
        }
        array[tail] = e;
        tail = (tail + 1) % (array.length - 1);
        size++;
    }

    private void reSize(int newCapacity) {
//          保证了数组的长度，最少是 3
        E[] array = (E[]) new Object[newCapacity + 2];
//       复制原数组到新数组
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            array[i] = this.array[(front + i) % (this.array.length - 1)];
        }
        this.array = array;
        front = 0;
        tail = size;
    }

    public int getCapacity() {
        return array.length - 1;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append(String.format("LoopQueue : size = %d , capacity = %d ，front = %d ,tail = %d ,length = %d; 
", getSize(), getCapacity(), front, tail, array.length));
        res.append("Front [ ");

//        第二种方法 遍历队列，方法有 bug 的，
//        这样做，当数组长度为2的时候，第一个位置上有元素，然后执行出队列操作
//        然后打印队列的时候，下面的循环是死循环的，解决
//        解决方法有2种：使用下面的方法遍历队列；或者在reSize的时候，保证数组长度最小为3
        for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % (array.length - 1)) {
            res.append(array[i]);
            if (!((i + 1) % (array.length - 1) == tail)) {
                res.append(", ");
            }
        }

//        for (int i = 0; i < size; i++) {
//            res.append(array[(front + i) % (array.length - 1)]);
//            if (i != size - 1) {
//                res.append(", ");
//            }
//        }

        res.append(" ] Tail ");
        return res.toString();
    }
}