利用数组实现队列操作

题目：利用数组来实现队列的入队，出队，队列扩容等操作，写出具体实现代码。

解析：

首先应该知道队列最大的特点就是先进先出(FIFO)，所以这里也就限制了队列只能进行入队，并且只能是从尾部入队，不能随意插入；出队也只能是从头开始一次出队；知道了这个特点就可以开始写代码了

代码如下：

package com.lhb.test;

import java.util.Arrays;

/**
 * @Program: netty-chat
 * @Description:
 * @Author: LHB
 * @Version: v0.0.1
 * @Time: 2021-11-02 09:17
 **/
public class ArrayQueue<T> {
    private Object[] data;   // 队列数据
    private int size = 2<<4; // 队列初始化大小
    private int tail = 0;    // 队尾
    private int head = 0;    // 对头
    private final int maxCapcity = 2<<5;  // 队列最大容量，超过这个最大容量，队列将不会再进行扩容

    public ArrayQueue() {
        this.data = new Object[size];
    }

    public ArrayQueue(int size) {
        this.size = size;
        this.data = new Object[size];
    }

    /**
     * 入队操作
     * @param data
     */
    public void add(T data) {
        /**
         * 这里时间复杂度最好为O(1)，即不进行扩容操作，最坏是在最后一步进行扩容操作，此时扩容的时候时间复杂度为O(n)
         *
         */
        try {
            if (isFull()) {
                // 队列满时进行扩容操作，扩容大小为原来容量的2倍
                this.resize();
            }
            this.data[tail] = data;
            tail++;
        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("队列已满");
        }
    }

    /**
     * 队列是否已满
     * @return
     */
    public boolean isFull() {
        return this.tail >= this.size;
    }

    /**
     * 队列是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return head == tail;
    }

    /**
     * 扩容操作
     */
    public void resize() {
        // 扩容时的容量是原来容量的二倍
        this.size *= 2;
        if (this.size >= this.maxCapcity) {
            this.size = this.maxCapcity;
        }
        Object[] temp = new Object[this.size];
        int tailTmp = 0;
        for (int i = 0; head < tail; i++) {
            /**
             * 这里的时间复杂度为O(n)
             */
            temp[i] = this.data[head++];
            tailTmp++;
        }
        this.data = temp;
        head = 0;
        tail = tailTmp;
    }

    /**
     * 出队列
     * @return
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public T remove() {
        if (isEmpty()) {
            return null;
        }
        Object datum = this.data[head];
        this.data[head++] = null;
        return (T)datum;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ArrayQueue{" +
                "data=" + Arrays.toString(data) +
                ", size=" + size +
                ", tail=" + tail +
                ", head=" + head +
                '}';
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue<Integer> arrayQueue = new ArrayQueue<>(5);
        arrayQueue.add(1);
        arrayQueue.add(2);
        arrayQueue.add(3);
        arrayQueue.add(4);
        arrayQueue.add(5);
        arrayQueue.add(6);
        arrayQueue.add(7);
        arrayQueue.add(8);
        arrayQueue.add(9);
        arrayQueue.add(10);
        arrayQueue.add(11);
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.remove());
        System.out.println(arrayQueue.toString());
    }
}

运行上述代码可以看到如下结果: