Coda

1. Descrizione

Una coda (queue) in Java è una struttura dati che segue il principio FIFO (First-In-First-Out), il che significa che il primo elemento inserito è il primo ad essere rimosso. È simile a una fila di persone in un supermercato: la prima persona che entra è la prima ad essere servita.

In Java, una coda può essere implementata utilizzando diverse strutture dati, tra cui una lista collegata o un’implementazione basata su array.

Operazioni principali:

• enqueue(elemento): Aggiunge un elemento alla fine della coda.
• dequeue(): Rimuove e restituisce l’elemento all’inizio della coda.
• peek(): Restituisce l’elemento all’inizio della coda senza rimuoverlo.
• isEmpty(): Verifica se la coda è vuota.
• size(): Restituisce il numero di elementi presenti nella coda.

2. Implementazione

In questo esempio implementiamo una la Coda utilizzando una lista.

2.1 Classe Nodo

La classe Nodo rappresenta un elemento fondamentale della lista. Ogni nodo contiene due parti principali:

1. Info (info): Questo è il contenuto effettivo del nodo. È il valore che il nodo memorizza o rappresenta.
2. Link (link): Questo è un riferimento al prossimo nodo nella lista. Ogni nodo, tranne l’ultimo, punta al nodo successivo. L’ultimo nodo della lista ha il suo link impostato su null, indicando la fine della lista.

Inoltre, la classe Nodo fornisce metodi per accedere e modificare questi attributi:

• getInfo(): Restituisce il valore memorizzato nel nodo.
• getLink(): Restituisce il riferimento al nodo successivo.
• setLink(Nodo link): Imposta il riferimento al nodo successivo.

public class Nodo {
    private int info;
    private Nodo link;

    public Nodo(int info) {
        this.info = info;
        this.link = null;
    }

    public int getInfo() {
        return info;
    }
    public Nodo getLink() {
        return link;
    }
    public void setInfo(int info) {
        this.info = info;
    }
    public void setLink(Nodo link) {
        this.link = link;
    }
}

2.2 Classe Coda

1. Classe Coda: Questa classe rappresenta la struttura dati della coda e contiene i metodi per gestire gli elementi all’interno della coda.
2. Attributi:
   • front: È un riferimento al nodo all’inizio della coda.
   • end: È un riferimento al nodo alla fine della coda.
   • dimensione: Rappresenta il numero di nodi presenti nella coda.
3. Costruttore:
   • Il costruttore inizializza la coda impostando i riferimenti front e end a null e la dimensione a 0.
4. Metodo isEmpty():
   • Questo metodo restituisce true se la coda è vuota (cioè se front è null), altrimenti restituisce false.
5. Metodo enqueue(int info):
   • Questo metodo aggiunge un nuovo nodo alla fine della coda.
   • Crea un nuovo nodo con l’informazione fornita.
   • Se la coda è vuota, imposta sia front che end al nuovo nodo.
   • Altrimenti, collega il nuovo nodo al nodo alla fine attuale della coda e aggiorna il riferimento end al nuovo nodo.
   • Incrementa la dimensione della coda.
6. Metodo dequeue():
   • Questo metodo rimuove il nodo all’inizio della coda e restituisce l’informazione contenuta in quel nodo.
   • Se la coda è vuota, viene sollevata un’eccezione (IllegalStateException).
   • Restituisce l’informazione contenuta nel nodo all’inizio della coda.
   • Rimuove il nodo all’inizio della coda e aggiorna il riferimento front.
   • Se la coda diventa vuota dopo la rimozione, imposta anche end a null.
   • Decrementa la dimensione della coda.
7. Metodo peek():
   • Questo metodo restituisce l’informazione contenuta nel nodo all’inizio della coda senza rimuoverlo.
   • Se la coda è vuota, viene sollevata un’eccezione (IllegalStateException).
8. Metodo getDimensione():
   • Questo metodo restituisce la dimensione della coda, cioè il numero di nodi presenti al suo interno.

// FIFO (First-In-First-Out)
public class Coda {
    private Nodo front;     // riferimento all'inizio della coda
    private Nodo end;       // riferimento alla fine della coda
    private int dimensione; // numero di Nodi interni

    public Coda() {
        this.front = null;
        this.end = null;
        this.dimensione = 0;
    }

    // restituisce true se la coda è vuota, false altrimenti
    public boolean isEmpty() {
        return front == null;
    } 

    // aggiunge un nuovo nodo in fondo alla coda
    public void enqueue(int info) {
        Nodo n = new Nodo(info);

        if (isEmpty()) {
            front = n;
        } else {
            end.setLink(n);
        }
        end = n;

        dimensione++;
    }

    // rimuove il Nodo all'inizio della coda e ne ritorna il contenuto
    public int dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalStateException("Errore: la coda e' vuota.");
        }

        int elemento = front.getInfo(); // Salva l'elemento all'inizio della coda
        front = front.getLink();        // Rimuove il nodo all'inizio della coda

        if (front == null) {
            end = null;     // Se la coda diventa vuota, anche il riferimento alla fine viene aggiornato
        }

        dimensione--;

        return elemento;
    }

    // ritorna il contenuto del Nodo all'inizio 
    public int peek() {
        if (isEmpty())
            throw new IllegalStateException("Errore: la coda e' vuota.");

        return front.getInfo();
    }

    public int getDimensione() {
        return dimensione;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Coda coda = new Coda();

        coda.enqueue(1);
        coda.enqueue(2);
        coda.enqueue(3);

        System.out.println("Ottengo valore con peek: ");
        System.out.println(coda.peek());

        coda.enqueue(5);

        // pop di elementi finche' la coda non e' vuota 
        System.out.println("Ottengo valore con pop: ");
        while (!coda.isEmpty()) {
            System.out.println(coda.dequeue());
        }
    }
}