循环队列
在正式进行循环队列学习之前，我们先来看看在顺序队列中删除队首元素出现的问题
（1）设一个容量为capacity=8，size=5(a,b,c,d,e)的数组，左侧为队首、右侧为队尾。
（2）出队一个元素后，需整体往前移动一位
#出队
#2整体前移一位
关于该种操作方式我们很容易得出时间复杂度为O(n)。
这时我们就想可不可以在出队元素后，整体元素不往前移，而是在数组中记下队首front是谁，同时队尾tail指向在下一次元素入队时的位置，这样当再有出队时只需要维护一下front的指向即可，而不需移动元素。就这样我们就有了循环队列的情况。
2.循环队列原理
(1)初始，数组整体为空时，队首front、队尾tail指向同一个位置（数组索引为0的地方）也即front==tail 时队列为空
(2)当往数组中添加元素后，
(3)出队一个元素，front指向新的位置
(4)入队元素，tail叠加
(5)当tail不能再增加时，数组前面还有空余，此时循环队列就该出场了。
此时数组应该变为这样：
在往数组中添加一个元素：
这样数组就已经满了（tail+1==front 队列满），开始出发扩容操作。【capacity中，浪费一个空间】。
为了tail能返回到数组的前面位置，将队列满的表达式变为 【（tail+1）%c==front】这样数组就可以循环移动了。
3.循环队列代码实现
新建一个类LoopQueue并实现接口Queue。
#1：接口Queue代码如下：
package Queue; public interface Queue<E> { //获取队列中元素个数 int getSize(); //队列中元素是否为空 boolean isEmpty(); //入队列 void enqueue(E e); //出队列 E dequeue(); //获取队首元素 E getFront(); }
#2：LoopQueue相关代码：
1 package Queue; 2 3 //循环队列 4 public class LoopQueue<E> implements Queue<E> { 5 private E[] data; 6 private int front, tail; 7 private int size;//队列中元素个数 8 9 //构造函数，传入队列的容量capacity构造函数 10 public LoopQueue(int capacity) { 11 data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪费与一个空间 12 front = 0; 13 tail = 0; 14 size = 0; 15 } 16 17 //无参构造函数，默认队列的容量capacity=10 18 public LoopQueue() { 19 this(10); 20 } 21 22 //真正容量 23 public int getCapacity() { 24 return data.length - 1; 25 } 26 27 //队列是否为空 28 @Override 29 public boolean isEmpty() { 30 return front == tail; 31 } 32 33 //队列中元素个数 34 @Override 35 public int getSize() { 36 return size; 37 } 38 39 //入队列操作 40 @Override 41 public void enqueue(E e) { 42 if ((tail + 1) % data.length == front) {//队列已满，需要扩容 43 resize(getCapacity() * 2); 44 } 45 data[tail] = e; 46 tail = (tail + 1) % data.length; 47 size++; 48 } 49 50 //出队操作 51 53 @Override 54 public E dequeue() { 55 if (isEmpty()) { 56 throw new IllegalArgumentException("队列为空"); 57 } 58 59 E ret = data[front]; 60 data[front] = null;//手动释放 61 front = (front + 1) % data.length; 62 size--; 63 if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) { 64 resize(getCapacity() / 2); 65 } 66 return ret; 67 } 68 69 //获取队首元素 70 @Override 71 public E getFront() { 72 if (isEmpty()) { 73 throw new IllegalArgumentException("队列为空"); 74 } 75 return data[front]; 76 } 77 78 //改变容量 79 private void resize(int newCapacity) { 80 E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity + 1]; 81 for (int i = 0; i < size; i++) { 82 newData[i] = data[(front + i) % data.length];//循环数组防止越界 83 } 84 data = newData; 85 front = 0; 86 tail = size; 87 } 88 89 90 @Override 91 public String toString() { 92 StringBuilder res = new StringBuilder(); 93 res.append(String.format("Queue:size=%d, capacity=%d\n", size, getCapacity())); 94 res.append("front ["); 95 for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length) { 96 res.append(data[i]); 97 if ((i + 1) % data.length != tail) { 98 res.append(","); 99 } 100 } 101 res.append("] tail"); 102 return res.toString(); 103 } 104 105 10121 122 }
在关于LoopQueue类中需要注意的：
（1）第11行中的+1是capacity需要浪费一个空间，故在实例化是多加1
data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪费与一个空间
（2）地24行真正的容量是data.length-1，这是由于有一个空间是浪费的。
data.length - 1;
（3）关于入队中第46行tail值的说明
为了保证入队是循环操作，tail值的变化规律为
tail = (tail + 1) % data.length;
（4）关于82行的数据迁移操作，取余操作是为了防止循环数组时越界。
newData[i] = data[(front + i) % data.length];//循环数组防止越界
#3直接在LoopQueue中添加一个main函数进行测试，相关代码如下：
//测试用例 public static void main(String[] args) { LoopQueue<Integer> queue = new LoopQueue<Integer>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { queue.enqueue(i); System.out.println(queue); if(i%3==2){//每添加3个元素出队列一个 queue.dequeue(); System.out.println(queue); } } }
结果为：