什么是队列？

2020-02-13 16:02:15来源：博客园阅读 ()

什么是队列？

与前面提到的数据结构相同，队列中的数据也呈线性排列。虽然与栈有些相似，但队列中添加和删除数据的操作分别是在两端进行的，就和队列这个名字一样，把它想象成排成一队的人更容易理解。在队列中，处理总是从第一名开始往后进行，而新来的人只能排在队尾。

队列是什么？

如上就是队列的概念图，现在队列中只有数据 Blue。往队列中添加数据时，数据被加在最上面。

然后，队列中添加了数据 Green。往队列中添加数据的操作叫作入队。

紧接着，数据 Red 也入队了。

从队列中取出（删除）数据时，是从最下面，也就是最早入队的数据开始的，即 Blue。从队列中删除数据的操作叫作出队。

如果再进行一次出队操作，取出的就是 Green 了。

像队列这种最先进去的数据最先被取来，即先进先出的结构，我们称为 First In First Out，简称 FIFO。

与栈类似，队列中可以操作数据的位置也有一定的限制。在栈中，数据的添加和删除都在同一端进行，而在队列中则分别是在两端进行的。队列也不能直接访问位于中间的数据，必须通过出队操作将目标数据变成首位后才能访问。

介绍完队列的基本知识后，接下来举一个例子，比如生活中常见的排队买票。

如何理解队列？

队列这个概念非常好理解，你可以把它想象成排队买票，先来的先买，后来的人只能站末尾，不允许插队，先进者先出，这就是典型的队列。

排队买票

上一篇讲到栈只支持两个基本操作：入栈和出栈。队列跟栈非常相似，支持的操作也很有限，最基本的操作也是两个：入队，放一个数据到队列尾部；出队，从队列头部取一个元素。

所以，队列跟栈一样，也是一种操作受限的线性表数据结构，队列的概念很好理解，基本操作也很容易掌握。作为一种非常基础的数据结构，队列的应用也非常广泛，特别是一些具有某些额外特性的队列，比如循环队列、阻塞队列、并发队列。

队列的实现

看到这里，相信你已经对队列有了初步的理解，队列主要包含两个操作，入队和出队。光理解还不够，我们还要动手去实现队列，接下来让我们来看一看如何用代码实现一个队列。

跟栈一样，队列可以用数组来实现，也可以用链表来实现。用数组实现的栈叫作顺序栈，用链表实现的栈叫作链式栈。同样，用数组实现的队列叫作顺序队列，用链表实现的队列叫作链式队列。

首先来看下用数组实现的队列是怎么样的，其实现如下图所示：

顺序队列

那么我先用 Java 语言来实现下顺序队列，代码如下：

/**
 * 基于数组实现的顺序队列
 *
 * @author wupx
 * @date 2020/02/13
 */
public class ArrayQueue {

    private String[] items;
    /**
     * 数组大小
     */
    private int n = 0;
    /**
     * 队头下标
     */
    private int head = 0;
    /**
     * 队尾下标
     */
    private int tail = 0;

    /**
     * 申请一个大小为 capacity 的数组
     *
     * @param capacity
     */
    public ArrayQueue(int capacity) {
        items = new String[capacity];
        n = capacity;
    }

    /**
     * 入队
     *
     * @param item
     * @return
     */
    public boolean enqueue(String item) {
        // 如果 tail == n 表示队列已经满了
        if (tail == n) {
            return false;
        }
        items[tail] = item;
        ++tail;
        return true;
    }

    /**
     * 出队
     *
     * @return
     */
    public String dequeue() {
        // 如果 head == tail 表示队列为空
        if (head == tail) {
            return null;
        }
        String ret = items[head];
        ++head;
        return ret;
    }
}

另外一种就是链式队列，它的实现如下图所示：

链式队列

再用链表去实现队列，代码如下：

/**
 * 基于链表实现的链式队列
 *
 * @author wupx
 * @date 2020/02/13
 */
public class LinkedListQueue {
    /**
     * 队头
     */
    private Node head = null;
    /**
     * 队尾
     */
    private Node tail = null;

    /**
     * 入队
     *
     * @param value
     */
    public void enqueue(String value) {
        if (tail == null) {
            Node newNode = new Node(value, null);
            head = newNode;
            tail = newNode;
        } else {
            tail.next = new Node(value, null);
            tail = tail.next;
        }
    }

    /**
     * 出队
     *
     * @return
     */
    public String dequeue() {
        if (head == null) {
            return null;
        }

        String value = head.data;
        head = head.next;
        if (head == null) {
            tail = null;
        }
        return value;
    }

    public void printAll() {
        Node p = head;
        while (p != null) {
            System.out.print(p.data + " ");
            p = p.next;
        }
        System.out.println();
    }

    private static class Node {
        private String data;
        private Node next;

        public Node(String data, Node next) {
            this.data = data;
            this.next = next;
        }

        public String getData() {
            return data;
        }
    }
}

到此，我们就分别实现了基于数组和链表的队列，大家可以自己实现下。

队列还有很多扩展，比如循环队列、阻塞队列、并发队列等，将在以后的文章中进行介绍。