使用Java语言实现队列与环形队列（笔记）
队列的使用场景
银行排队的案例
队列介绍
- 时一个有序的列表，可以用数组或是链表来实现
- 先入先出的原则
数组模拟队列思路
创建队列：
- 队列本身时有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的 maxSize 时改队列的最大容量。
- 应为输入、输出时分贝从前后端来处理，所以需要两个变量 front 及rear 分别记录队列前后端的下标，fromt会随者数据输入二改变，而 rear 则时随着数据输入而改变。
存入队列：
- 将数据存入队列时称为”addQueue“
- 将尾指针往后移：rear+1，当front == rear 或者 队列为空
- 尾指针小于最大下标-1，及
rear<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，及rear== maxSize-1（队列已满）
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
// 创建一个队列
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
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): 从队列取数据");
System.out.println("h(head): 查看队列头的数据\n");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':// 插入数据
System.out.println("请输入一个数");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':// 取出数据
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':// 查看队列头数据
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出！");
}
}
//数组实现队列
class ArrayQueue {
private int maxSize;
private int front;
private int rear;
private int[] arr;
// 初始化队列
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;
rear = -1;
}
//判断是否满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判断是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
// 向队列添加数据
public void addQueue(int n) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满，不能加入数据···");
return;
}
rear++;
arr[rear] = n;
}
// 获取队列数据
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
front++;
return arr[front];
}
// 显示队列所有数据
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空，没有数据");
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
// 显示队列的头数据，注意不是取数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front + 1];
}
}
问题：
- 目前数组使用一次就不能使用了，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 取模：%
数组模拟环形队列思路
实现思路：
- 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的初始值为 0
- rear 变量的含义做一个调整：rear 队列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作为约定。
fear的初始值为 0
- 当队列满时，条件是
(rear+1) % maxSize == front数组已满 - 队列为空的条件，
rear == front队列为空 - 队列中有效的数据个数
(rear+maxSize-front) % maxSize - 在原来的基础上修改，就可以得到一个环形队列。
因为 rear 表示所指向队列的后一个元素，因为是循环队列，对 maxSize 求模是为了保证当 rear 超出maxSize时，可以循环到数组第一个元素的位置。
import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
// 创建一个队列
CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(4);
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
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): 从队列取数据");
System.out.println("h(head): 查看队列头的数据\n");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':// 插入数据
System.out.println("请输入一个数");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':// 取出数据
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':// 查看队列头数据
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出！");
}
}
//
class CircleArrayQueue {
private int maxSize;// 表示数组最大容量
private int front;// 队列头
private int rear;// 队列尾
private int[] arr;// 存放数据，模拟队列
// 初始化队列
public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = 0;
rear = 0;
}
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
// 向队列添加数据
public void addQueue(int n) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满，不能加入数据···");
return;
}
arr[rear] = n;//rear指向后一个元素的位置，需要先插入，后移动
rear = (rear + 1) % maxSize;//求模为了实现循环数组
}
// 获取队列数据
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
//这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
//1. 先把front保存到临时变量里
//2. 将front后移
//3. 将临时变量返回
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
// 显示队列说有数据
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空，没有数据");
return;
}
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
//front + size() 表示循环的次数
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
//计算当前元素的个数
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
// 显示队列的头数据，注意不是取数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front];
}
}