3.7链表应用--基于链表实现队列--尾指针

墨蓝 2022-01-06 23:59 190阅读 0赞

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在开始栈的实现之前，我们再来看看关于链表的只在头部进行的增加、删除、查找操作，时间复杂度均为O(1)。

![860581-20190403172901919-185217503.png][]

![860581-20190403173617449-1430698921.png][]

## 一、链表改进分析 ##

对于队列这种数据结构，需要在线性结构的一端插入元素，另外一端删除元素。因此此时基于链表来实现队列，则有一端的时间复杂度为O(n)。因此我们不能使用之前已经实现的链表结构，我们需要改进我们的链表。思路如下：

1.参考在链表头部删除、增加元素的时间复杂度为O(1)的思路，我们在链表的尾部设立一个Node型的变量tail来记录链表的尾部在哪，此时再head端和tail端添加元素都是及其简单的，在head端删除元素也是及其简单的，但对于在tail端删除元素时，是无法在时间复杂度为O(1)的情况进行的，也就是从tail端删除元素时不容易的。

![860581-20190403173754323-886928563.png][]

2.只在头部head删除元素（队首），在尾部tail端添加元素（队尾）。

![860581-20190403174417832-1702738964.png][]

3.由于在基于链表实现队列时不涉及到操作链表中间元素，此时我们改进的链表中，不在使用虚拟头节，因此也就可能造成在没有虚拟头节点的情况下，链表为空。

## 二、链表改进代码 ##

前言，在写本小节之前，我们已经实现了一个基于静态数组的队列，[转到查看][Link 1]。此处我们实现基于链表的队列。

在实现基于静态数组的队列的时候，我们已经新建了一个package，此时我们在该package下新建一个LinkedListQueue类，用来实现Queue接口，目录结构为：

![860581-20190403175106200-1644907281.png][]

1.Queue接口代码

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
       public E dequeue();
    
        //获取队首元素
        public  E getFront();
    }

2.LinkedListQueue类

package Queue;
    
    public class LinkedListQueue<E> implements Queue<E> {
    
        //将Node节点设计成私有的类中类
        private class Node<E> {
            public E e;
            public Node next;
    
            //两个参数的构造函数
            public Node(E e, Node next) {
                this.e = e;
                this.next = next;
            }
    
            //一个参数的构造函数
            public Node(E e) {
                this.e = e;
                this.next = null;
            }
    
            //无参构造函数
            public Node() {
                this(null, null);
            }
    
            @Override
            public String toString() {
                return e.toString();
            }
        }
    
        private Node<E> head, tail;
    
        private int size;
    
    
        //显示初始化
        public LinkedListQueue() {
            head = null;
            tail = null;
            size = 0;
        }
    
        //获取队列中节点个数
        @Override
        public int getSize() {
            return size;
        }
    
        //队列中是否为空
        @Override
        public boolean isEmpty() {
            return size == 0;
        }
    
        //链表尾部进队操作
        @Override
        public void enqueue(E e) {
            if (tail == null) {
                tail = new Node(e);
                head = tail;
            } else {
                tail.next = new Node(e);
                tail = tail.next;
            }
            size++;
        }
    
        //链表头部出队操作
        @Override
        public E dequeue() {
            if (isEmpty()) {
                throw new IllegalArgumentException("链表为空");
            }
    
            Node<E> retNode = head;
            head = head.next;
            retNode.next = null;
            if (head == null) {
           //当链表只有一个元素时
                tail = null;
            }
    
            size--;
            return retNode.e;
        }
    
        //获取队首元素
        @Override
        public E getFront() {
            if (isEmpty()) {
                throw new IllegalArgumentException("链表为空");
            }
            return head.e;
        }
    
    
        //为了便于测试，重写object类toString()方法
        @Override
        public String toString() {
            StringBuilder res = new StringBuilder();
            res.append("Queue: front ");
            Node<E> cur = head;
            while (cur != null) {
                res.append(cur + "->");
                cur = cur.next;
            }
            res.append("NULL tail");
            return res.toString();
        }
    
    
    }

3.为了便于测试，在LinkedListQueue类中添加一个main函数

//测试用例
        public static void main(String[] args) {
            LinkedListQueue<Integer> queue = new LinkedListQueue<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);
                }
    
            }
    
        }

4.结果为

![860581-20190403175428330-1858760790.png][]

结果分析：每进队3个元素出队列一个。

关于本小节，若您觉得还行、还过得去，记得给个推荐哦~，谢谢！！

[本节源码 https://github.com/FelixBin/dataStructure/blob/master/src/Queue/LinkedListQueue.java][https_github.com_FelixBin_dataStructure_blob_master_src_Queue_LinkedListQueue.java]

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