盧偉冰長文解析K60至尊版 對Redmi有著里程碑式的意義
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隊(duì)列是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它按照“先入先出”（FIFO）的原則管理數(shù)據(jù)。本文將介紹隊(duì)列的概念、應(yīng)用場景，以及如何使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)普通隊(duì)列和環(huán)形隊(duì)列。
隊(duì)列（Queue）是一種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是一個線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照先入先出（FIFO，F(xiàn)irst-In-First-Out）的原則來管理數(shù)據(jù)。
注意，先入先出的原則就意味著最早進(jìn)入隊(duì)列的元素將最先被取出，而最后進(jìn)入隊(duì)列的元素將最后被取出，類似于排隊(duì)等候服務(wù)的行為。
隊(duì)列可以使用數(shù)組或鏈表來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)方式因應(yīng)用需求而異。
隊(duì)列支持兩種主要的操作，即入隊(duì)（Enqueue）和出隊(duì)（Dequeue）。
隊(duì)列的應(yīng)用場景有很多，比如：
隊(duì)列在計(jì)算機(jī)科學(xué)和實(shí)際應(yīng)用中非常有用，因?yàn)樗鼈兲峁┝艘环N有效的方法來管理和調(diào)度數(shù)據(jù)或任務(wù)，以確保按照特定的順序進(jìn)行處理。
下面，我們用數(shù)組來模擬一個簡單的隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
首先給出類的定義：
class ArrayQueue { private int maxSize; private int front; private int rear; private int[] data; ArrayQueue(int queueMaxSize) { maxSize = queueMaxSize; // 隊(duì)列的最大容量 data = new int[maxSize]; // 存放隊(duì)列的數(shù)據(jù) front = -1; // 指向隊(duì)列頭的前一個位置 rear = -1; // 直接指向隊(duì)列尾部 } // ... 方法定義}在這里，ArrayQueue 是一個隊(duì)列類，使用數(shù)組作為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲。它包括最大容量（maxSize）、隊(duì)列頭（front）、隊(duì)列尾（rear）和一個整數(shù)數(shù)組（data）來存放隊(duì)列的數(shù)據(jù)。
構(gòu)造函數(shù) ArrayQueue 接受一個整數(shù)參數(shù) queueMaxSize，表示隊(duì)列的最大容量。初始化時(shí)，隊(duì)列的頭（front）和尾都（rear）被置為-1，表示隊(duì)列為空。
需要注意這里的定義，在這里，front 變量指的是指向隊(duì)列首元素的前一個位置，而 rear 變量則指向隊(duì)列的尾部元素，即最后一個元素。
因此，初始隊(duì)列的結(jié)構(gòu)圖如下：
public boolean isEmpty() { return rear == front;}public boolean isFull() { return rear == maxSize - 1;}// 入隊(duì)操作，添加數(shù)據(jù)到隊(duì)尾public void enQueue(int num) { if(isFull()) { System.out.println("隊(duì)列已滿，無法入隊(duì)"); return; } rear++; data[rear] = num;}enQueue 方法用于將數(shù)據(jù)添加到隊(duì)列的尾部。首先，它會檢查隊(duì)列是否已滿，如果是，將輸出一條錯誤消息并不執(zhí)行入隊(duì)操作。如果隊(duì)列未滿，將 rear 后移，然后將數(shù)據(jù)存入隊(duì)列尾部。
再次強(qiáng)調(diào)一下，這里的 rear 變量用于指向隊(duì)列的最后一個數(shù)據(jù)，即隊(duì)列的尾部。
// 出隊(duì)操作，取出隊(duì)頭數(shù)據(jù)public int deQueue() { if(isEmpty()) { throw new RuntimeException("隊(duì)列為空，無法出隊(duì)"); } front++; return data[front];}deQueue 方法用于取出隊(duì)列頭部的數(shù)據(jù)。首先，它會檢查隊(duì)列是否為空，如果是，將拋出一個運(yùn)行時(shí)異常。如果隊(duì)列不為空，將 front 后移，然后返回隊(duì)頭的數(shù)據(jù)。
再次強(qiáng)調(diào)一下，這里的 front 變量指向的是隊(duì)列頭數(shù)據(jù)的前一個位置。
// 查看隊(duì)頭數(shù)據(jù)（注意不是取出數(shù)據(jù)）public int headQueue() { if(isEmpty()) { throw new RuntimeException("隊(duì)列為空，沒有數(shù)據(jù)"); } return data[front+1];}headQueue 方法用于獲取隊(duì)列頭部的數(shù)據(jù)，但不會將其出隊(duì)。它會檢查隊(duì)列是否為空，如果是，將拋出一個運(yùn)行時(shí)異常。如果隊(duì)列不為空，將返回隊(duì)頭的數(shù)據(jù)。
// 打印隊(duì)列public void showQueue() { if(isEmpty()) { System.out.println("隊(duì)列為空，沒有數(shù)據(jù)"); return; } // 簡單的遍歷隊(duì)列 for(int i = 0; i < data.length; i++) { System.out.printf("data[%d] = %d/n", i, data[i]); }}showQueue 方法用于簡單地打印隊(duì)列的所有元素。如果隊(duì)列為空，將輸出一條消息表示隊(duì)列為空。否則，它會簡單地遍歷隊(duì)列，打印每個數(shù)據(jù)元素的索引和值。
我們再來思考一個問題，雖然上述的隊(duì)列類實(shí)現(xiàn)了一個簡單的隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但仍然存在弊端。那就是數(shù)組使用一次后不能復(fù)用。
什么意思？
具體的，我們可以發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)隊(duì)列入隊(duì)一個數(shù)據(jù)，rear 變量就會往后移一位。每當(dāng)有元素出隊(duì)，front 變量也會往后移一位。但是！一旦 rear 變量到達(dá)隊(duì)列的尾部，如果隊(duì)列頭部仍有空余的空間，就像這樣：
那么此時(shí)根據(jù) isFull() 方法的判斷下，該隊(duì)列是滿的。因此無法再入隊(duì)。
因此我們說，對于之前的隊(duì)列簡單實(shí)現(xiàn)來說，一旦隊(duì)列中的數(shù)據(jù)元素被取出，對應(yīng)的數(shù)組位置就不能再次使用。數(shù)據(jù)從頭部添加，從尾部取出。一旦數(shù)組被填滿，我們無法再添加新的數(shù)據(jù)，即使隊(duì)列的前面已經(jīng)有一些位置被釋放出來。這就會導(dǎo)致內(nèi)存資源浪費(fèi)。
為了解決這個問題，我們考慮使用環(huán)形隊(duì)列來優(yōu)化。
那什么是環(huán)形隊(duì)列？
事實(shí)上，環(huán)形隊(duì)列是一種更高效的隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方式，它允許隊(duì)列在達(dá)到最大容量后繼續(xù)添加元素，以覆蓋掉隊(duì)列頭部已經(jīng)被取出的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)復(fù)用。
我們通過取模運(yùn)算 % 來實(shí)現(xiàn)環(huán)形隊(duì)列。
當(dāng)我們考慮了隊(duì)列內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲資源的復(fù)用后，我們就需要對 front 和 rear 變量的含義進(jìn)行一個的調(diào)整（當(dāng)然不調(diào)整也行，看個人習(xí)慣）。
具體如下：
當(dāng)我們這樣約定好了后，就可以開始著手編寫代碼，得到一個環(huán)形隊(duì)列。
此時(shí)判斷隊(duì)列已滿或空時(shí)，邏輯需要略微調(diào)整。
判斷環(huán)形隊(duì)列空時(shí)，條件為：(rear == front)。因?yàn)楫?dāng) rear 指針等于 front 指針時(shí)，表示隊(duì)列沒有有效的元素，即隊(duì)列為空。
判斷環(huán)形隊(duì)列滿時(shí)，條件為：(rear + 1) % maxSize == front
這該怎么理解？
事實(shí)上，在含義調(diào)整后，環(huán)形隊(duì)列中的 rear 變量指向的位置實(shí)際上就是預(yù)留給下次入隊(duì)的數(shù)據(jù)存放的位置。
當(dāng)有一個新的數(shù)據(jù)入隊(duì)時(shí)，rear 指向的位置就可以存儲本次入隊(duì)的數(shù)據(jù)的值，然后，rear 就會加一并取余 maxSize ，用于尋找下一個可以存儲入隊(duì)數(shù)據(jù)的位置。
因此，當(dāng)(rear + 1) % maxSize 的值剛好等于 front，那么證明該環(huán)形隊(duì)列已經(jīng)滿了，沒有地方可以存儲下一次入隊(duì)的值。
舉一個例子，假設(shè) maxSize 為 3，初始時(shí) front 和 rear 都是0：
示意圖如下：
優(yōu)化后的代碼實(shí)現(xiàn)如下：
class CircleArrayQueue { private int maxSize; private int front; // 初始值為 0，指向隊(duì)頭數(shù)據(jù)，即首元素 private int rear; // 初始值為 0，指向隊(duì)尾數(shù)據(jù)的下一個位置 private int[] data; ArrayQueue(int queueMaxSize) { maxSize = queueMaxSize; data = new int[maxSize]; } // 判斷隊(duì)列是否為空 public boolean isEmpty() { return rear == front; } // 判斷隊(duì)列是否滿 public boolean isFull() { return (rear + 1) % maxSize == front; } // 入隊(duì)：添加數(shù)據(jù)到隊(duì)尾 public void enQueue(int num) { if(isFull()) { System.out.println("隊(duì)列已滿，無法入隊(duì)"); return; } data[rear] = num; rear = (rear + 1) % maxSize; } // 出隊(duì)，取出隊(duì)頭數(shù)據(jù) public int deQueue() { if(isEmpty()) { throw new RuntimeException("隊(duì)列為空，無法出隊(duì)"); } int value = data[front]; front = (front + 1) % maxSize; return value; } // 顯示隊(duì)列的頭數(shù)據(jù)（不是取出數(shù)據(jù)） public int headQueue() { if(isEmpty()) { throw new RuntimeException("隊(duì)列為空，沒有數(shù)據(jù)"); } return data[front]; } // 返回環(huán)形隊(duì)列當(dāng)前的元素個數(shù) public int size() { return (rear + maxSize - front) % maxSize; } // 打印隊(duì)列 public void showQueue() { if(isEmpty()) { System.out.println("隊(duì)列為空，沒有數(shù)據(jù)"); return; } // 遍歷思路，從 data[front] 遍歷到 data[front + size] for(int i = front; i < front + size(); i++) { System.out.printf("data[%d] = %d/n", i%maxSize, data[i%maxSize]); } }}本文詳細(xì)介紹了隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念和應(yīng)用，包括普通隊(duì)列和環(huán)形隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)。隊(duì)列是一種有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它在計(jì)算機(jī)科學(xué)中被廣泛應(yīng)用，用于管理數(shù)據(jù)和任務(wù)的順序執(zhí)行。普通隊(duì)列使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)，但存在內(nèi)存資源浪費(fèi)的問題。為了解決這個問題，我們引入了環(huán)形隊(duì)列的概念，它允許隊(duì)列數(shù)據(jù)的循環(huán)復(fù)用，更加高效地利用內(nèi)存。
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