摘要：我理解的數據結構三隊列一隊列隊列是一種線性結構相比數組，隊列對應的操作是數組的子集只能從一端隊尾添加元素，只能從另一端隊首取出元素隊列是一種先進先出的數據結構二數組隊列與循環隊列數組隊列如果你有看過我之前的文章不要小看了數組或者棧，你就會發

隊列是一種線性結構

相比數組，隊列對應的操作是數組的子集

只能從一端（隊尾）添加元素，只能從另一端（隊首）取出元素

隊列是一種先進先出的數據結構（FIFO）

如果你有看過我之前的文章不要小看了數組或者棧，你就會發現，自己封裝一個數組隊列是如此的輕松加愉快！

（1）先定義一個接口，接口中定義隊列需要實現的方法

public interface Queue {
    int getSize();
    boolean isEmpty();
    // 查看隊首元素
    E getFront();
    // 入隊
    void enqueue(E ele);
    // 出隊
    E dequeue();
}

（2）實現數組隊列

public class ArrayQueue implements Queue {
    
    // 這里的數組是在之前的文章中封裝好的，直接拿來用就好了
    private ArrayNew array;

    public ArrayQueue(int capacity) {
        array = new ArrayNew<>(capacity);
    }

    public ArrayQueue() {
        this(10);
    }

    public int getCapacity() {
        return array.getCapacity();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }

    @Override
    public E getFront() {
        return array.getFirst();
    }

    @Override
    public void enqueue(E ele) {
        array.addLast(ele);
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        return array.removeFirst();
    }

    @Override
    public String toString() {

        StringBuffer res = new StringBuffer();

        res.append(String.format("arrayQueue: size = %d, capacity = %d
", getSize(), getCapacity()));
        res.append("front [");

        for (int i = 0; i < array.getSize(); i++) {
            res.append(array.get(i));
            if (i != getSize() - 1) {
                res.append(", ");
            }
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();

    }

}

（3）數組隊列的復雜度

這個時候我們會發現，在進行出隊操作的時候，數組隊列的復雜度是0(n)，如果我們頻繁的進行出隊操作，那么其實數組隊列的效率是很低的，如何提升數組隊列的性能呢？這個時候我們就要用到循環隊列了。

循環隊列的原理：

dequeue時，不要在去除隊首元素時，把整體向前移動

維護 front 、 tail 和 size 這三個屬性

enqueue的時候tail++

dequeue的時候front++

（1）實現循環隊列

public class LoopQueue implements Queue {

    private E[] array;
    private int size;
    private int front;
    private int tail;

    public LoopQueue(int capacity) {
        // 我們需要浪費一個空間去判斷隊列是否已滿，所以需要把capacity + 1
        array = (E[])new Object[capacity + 1];
        front = 0;
        tail = 0;
        size = 0;
    }

    public LoopQueue() {
        this(10);
    }

    // 返回用戶傳遞的隊列大小
    public int getCapacity() {
        return array.length - 1;
    }

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

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return front == tail;
    }

    @Override
    public E getFront() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Queue is empty. Can"t get front.");
        }

        return array[0];
    }

    @Override
    public void enqueue(E ele) {

        if (front == (tail + 1) % array.length) {
            // 擴展隊列長度為原長度2倍
            resize(getCapacity() * 2);
        }

        array[tail] = ele;
        size++;
        tail = (tail + 1) % array.length;
    }

    @Override
    public E dequeue() {

        if (isEmpty()) { // 隊列為空
            throw new IllegalArgumentException("Queue is empty. Can"t get dequeue.");
        }

        E ele = array[front];

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

        if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
            resize(getCapacity() / 2);
        }

        return ele;

    }

    private void resize(int newCapacity) {
        E[] newArray = (E[]) new Object[newCapacity + 1];

        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newArray[i] = array[(front + i) % array.length];
        }

        array = newArray;
        front = 0;
        tail = size;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuffer res = new StringBuffer();

        res.append(String.format("queue: size = %d, capacity = %d
", getSize(), getCapacity()));
        res.append("front [");

        // 循環條件，和循環增量都要注意下
        for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % array.length) {
            res.append(array[i]);

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

        return res.toString();
    }

}

（2）循環隊列的復雜度

（1）用時方法

public static double test(Queue q, int opCount) {

    // 納秒
    long startTime = System.nanoTime();

    Random random = new Random();

    for (int i = 0; i < opCount; i++) {
        q.enqueue(random.nextInt(Integer.MAX_VALUE));
    }
    for (int i = 0; i < opCount; i++) {
        q.dequeue();
    }

    // 納秒
    long endTime = System.nanoTime();

    return (endTime - startTime) / 1000000000.0;
}

（2）調用

// 十萬次入隊和十萬次出隊操作
int opCount = 100000;

ArrayQueue aq = new ArrayQueue<>();
double time1 = test(aq, opCount);
System.out.println(time1);

LoopQueue lq = new LoopQueue<>();
double time2 = test(lq, opCount);
System.out.println(time2);

（3）結果

14.635995113

0.054536447

這個就是算法和數據結構的力量！