java出队入队

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mob64ca12d9b014 2024-09-25 03:14:34 ©著作权

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Java中的出队和入队操作

在数据结构中，队列（Queue）是一种重要的线性数据结构，它遵循先进先出（FIFO，First In First Out）原则。也就是说，最先被加入队列的元素，将在最后被移除。队列有两个主要的操作：入队（enqueue）和出队（dequeue）。本文将深入探讨在Java中如何实现队列数据结构，并详细介绍入队和出队操作的实现，与相关代码示例。

队列的基本概念

队列是一种数据结构，可以用来存储和管理数据。与栈（Stack）相反，栈是遵循后进先出（LIFO，Last In First Out）原则的。常见的队列应用包括任务调度、缓存系统及广度优先搜索等。

基本操作

入队（Enqueue）：将一个元素添加到队列的末尾。
出队（Dequeue）：从队列的头部移除一个元素，并返回该元素。

数据结构

在Java中，我们可以使用数组或链表来实现队列。下面，我们将使用链表的实现方式。链表能够动态调整大小，非常适合需要频繁插入和删除的场景。

Java实现队列

定义队列类

我们将创建一个Queue类，该类包含入队和出队的基本功能。首先，我们需要定义节点（Node）类，用于存储队列中的每一个元素。

以下是节点类的定义：

class Node {
    int data;  // 节点数据
    Node next; // 指向下一个节点的引用

    public Node(int data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
    }
}

接下来定义Queue类，包含入队和出队的方法。

class Queue {
    private Node front; // 队列头
    private Node rear;  // 队列尾
    private int size;   // 队列的大小

    public Queue() {
        front = null;
        rear = null;
        size = 0;
    }

    // 入队操作
    public void enqueue(int data) {
        Node newNode = new Node(data);
        if (rear == null) {
            front = rear = newNode; // 队列为空时，前后指针都指向新节点
        } else {
            rear.next = newNode; // 将新节点链接到队尾
            rear = newNode;      // 更新队尾指针
        }
        size++;
    }

    // 出队操作
    public int dequeue() throws Exception {
        if (front == null) {
            throw new Exception("Queue is empty"); // 队列为空时抛出异常
        }
        int data = front.data; // 获取队头数据
        front = front.next;    // 移动队头指针
        if (front == null) {
            rear = null; // 如果队列空，更新队尾指针
        }
        size--;
        return data; // 返回出队数据
    }

    // 获取队列大小
    public int size() {
        return size;
    }

    // 检查队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }
}

使用队列

在实现了队列类之后，我们可以测试入队和出队功能。以下是一个简单的示例程序：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Queue queue = new Queue();

        // 入队操作
        queue.enqueue(10);
        queue.enqueue(20);
        queue.enqueue(30);

        System.out.println("Queue size: " + queue.size()); // 输出队列大小

        // 出队操作
        try {
            System.out.println("Dequeued: " + queue.dequeue()); // 输出：10
            System.out.println("Dequeued: " + queue.dequeue()); // 输出：20
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        System.out.println("Queue size after dequeue: " + queue.size()); // 输出队列大小
    }
}

类图

下面是上述类之间关系的类图，用于更好地理解类的结构：

classDiagram
    class Node {
        +int data
        +Node next
    }
    class Queue {
        -Node front
        -Node rear
        -int size
        +void enqueue(int data)
        +int dequeue() throws Exception
        +int size()
        +boolean isEmpty()
    }
    Node --> Queue : contains