任务目标

设计并实现一个支持多种数据类型的队列结构，使用泛型机制保证类型安全，并完成基本的入队和出队操作验证。

知识点掌握

• 理解Java泛型的基本原理及其在类定义中的作用
• 掌握泛型类的声明方式及其实例化过程
• 熟悉数组实现的循环队列逻辑

实现要求

1. 项目结构创建

新建一个标准Java应用程序，根包命名为GenericQueue。所有源文件需按以下目录结构组织：

GenericQueue/
└── src/
    ├── GenericQueue/
    │   └── Main.java
    └── GenericQueue/util/
        └── ArrayQueue.java

2. 泛型队列类设计（ArrayQueue）

在GenericQueue.util包中定义名为ArrayQueue的泛型类，具体要求如下：

• 使用内部数组存储元素，支持任意引用类型数据
• 包含两个构造函数：
  • 无参构造：初始化容量为16的队列
  • 带参构造：接收整型参数作为队列大小，若值小于等于0则抛出IllegalArgumentException
• 维护队头索引（front）、队尾索引（rear）以及当前元素数量（size）以管理队列状态
• 提供以下公共方法：

  方法名	参数	返回类型	功能说明
  isEmpty	-	boolean	判断队列是否为空
  isFull	-	boolean	判断队列是否已满
  add	T item	void	将指定元素添加至队尾，队满时抛出异常
  remove	-	T	移除并返回队首元素，队空时抛出异常

代码实现

package GenericQueue.util;

public class ArrayQueue<T> {
    private T[] data;
    private int frontIndex;
    private int rearIndex;
    private int count;
    private int totalCapacity;

    public ArrayQueue() {
        this(16);
    }

    public ArrayQueue(int capacity) {
        if (capacity <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("队列容量必须大于零：" + capacity);
        }
        this.totalCapacity = capacity;
        this.count = 0;
        this.frontIndex = 0;
        this.rearIndex = 0;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T[] array = (T[]) new Object[capacity];
        this.data = array;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return count == 0;
    }

    public boolean isFull() {
        return count == totalCapacity;
    }

    public void add(T element) {
        if (isFull()) {
            throw new IllegalStateException("无法添加元素，队列已满");
        }
        data[rearIndex] = element;
        rearIndex = (rearIndex + 1) % totalCapacity;
        count++;
    }

    public T remove() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalStateException("无法删除元素，队列为空");
        }
        T value = data[frontIndex];
        data[frontIndex] = null; // 帮助GC回收
        frontIndex = (frontIndex + 1) % totalCapacity;
        count--;
        return value;
    }
}

主类测试逻辑（Main）

在GenericQueue包下创建Main类，用于验证队列功能：

package GenericQueue;

import GenericQueue.util.ArrayQueue;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue<Integer> queue = new ArrayQueue<>(10);

        System.out.println("测试进队: ");
        for (int i = 1; i < 20; i++) {
            if (!queue.isFull()) {
                queue.add(i);
                System.out.printf("[%d] added. \n", i);
            } else {
                System.out.printf("队列已满, [%d] 未添加。\n", i);
            }
        }

        System.out.println("测试出队: ");
        while (!queue.isEmpty()) {
            System.out.printf("[%d] removed.\n", queue.remove());
        }
    }
}

构建与提交说明

将整个项目的src目录打包为ZIP格式文件进行提交，确保包内包含正确的包路径和Java源码文件。

运行预期输出

测试进队: 
[1] added. 
[2] added. 
...
[10] added. 
队列已满, [11] 未添加。
...
队列已满, [19] 未添加。
测试出队: 
[1] removed.
[2] removed.
...
[10] removed.