队列

队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。??

遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出示意图：(使用数组模拟队列)

数组模拟队列

队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，其中 maxSize 是该队列的最大容量。

因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量 front及 rear分别记录队列前后端的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear则是随着数据输入而改变。

当我们将数据存入队列时称为”addQueue”，addQueue 的处理需要有两个步骤：

将尾指针往后移：rear+1 , 当front == rear 【空】?
若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1，则将数据存入 rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。 rear??== maxSize - 1[队列满]

import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';//接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输出一个菜单
        while (loop){
            System.out.println("s(show)：显示队列");
            System.out.println("e(exit)：退出程序");
            System.out.println("a(add)：添加数据到队列");
            System.out.println("g(get)：从队列取出数据");
            System.out.println("h(head)：查看队列头的数据");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch(key){
                case 's' :
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a' :
                    System.out.println("输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g' ://取出数据
                    try{
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据是"+res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h' ://查看队列头的数据
                    try{
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据是"+res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e' ://退出程序
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default :
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}
//使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类
class ArrayQueue{
    private int maxSize;//表示数组的最大容量
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;//指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置
        rear = -1;//指向队列尾，指向队列尾的数据（即队列最后一个数据）
    }
    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize - 1;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已满，不能加入数据");
            return;
        }
        rear++;//让rear后移
        arr[rear] = n;
    }
    //获取队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        front++;//front后移
        return arr[front];
    }
    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println("arr["+i+"]"+"="+arr[i]);
        }
    }
    //显式队列的头数据，注意不是取出数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

问题分析并优化

目前数组使用一次就不能用，没有达到复用的效果

将这个数组使用算法，改进成一个环形的数组：取余%

转为环形队列的思路

?front 变量的含义做一个调整： front 就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素 front 的初始值 = 0?
rear 变量的含义做一个调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间做为约定。rear 的初始值 = 0?
当队列满时，条件是??(rear??+ 1) % maxSize == front?
对队列为空的条件， rear == front
队列中有效的数据的个数???(rear + maxSize - front) % maxSize

package cn.tedu.queue;
import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例");
        //创建一个队列
        circleArray queue = new circleArray(4);//设置4，其队列有效数据最大是3
        char key = ' ';//接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输出一个菜单
        while (loop){
            System.out.println("s(show)：显示队列");
            System.out.println("e(exit)：退出程序");
            System.out.println("a(add)：添加数据到队列");
            System.out.println("g(get)：从队列取出数据");
            System.out.println("h(head)：查看队列头的数据");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch(key){
                case 's' :
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a' :
                    System.out.println("输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g' ://取出数据
                    try{
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据是"+res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h' ://查看队列头的数据
                    try{
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据是"+res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e' ://退出程序
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default :
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}
class circleArray{
    private int maxSize;//表示数组的最大容量
    //front变量的含义做一个调整：front指向队列的第一个元素，也就是arr[front]是队列的第一个元素
    //front的初始值 = 0
    private int front;//队列头
    //rear变量的含义做一个调整：rear指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定
    //rear的初始值 = 0
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
    public circleArray(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }
    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return (rear+1) % maxSize == front;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已满，不能加入数据");
            return;
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear] = n;
        //将rear后移，这里必须考虑取余
        rear = (rear+1) % maxSize;
    }
    //获取队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        //front是指向队列的第一个元素
        //1.先把front的对应值保存到一个临时的变量
        //2.将front后移，考虑取余
        //3.将临时保存的变量返回
        int value = arr[front];
        front = (front+1) % maxSize;
        return value;
    }
    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        //从front开始遍历，遍历多少个元素
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+"="+arr[i%maxSize]);
        }
    }
    //求出当前队列有效数据的个数
    public int size(){
        return (rear-front+maxSize) % maxSize;
    }
    //显示队列的头数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        return arr[front];
    }
}