链表应用--基于链表实现队列

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)。

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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，此时在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。

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2.只在头部head删除元素（队首），在尾部tail端添加元素（队尾）。
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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,这种方式我们需要考虑到。

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。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：

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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

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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