第二章 队列
1.1.1 队列的介绍
- 队列是一个有效列表，可以用数组或是链表来实现
- 队列遵循先进先出的原则，与栈的后进先出相对应。
- 示意图
1.1.2 队列的实现方式
- 数组的方式：
- 队列本身是有序列表，诺使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图，其中MaxSize是该队列的最大容量。
- 因为队列的输出、输入时分别从前后端来处理，因此需要两个变量front(队头)和rear(队尾)分别记录队列前后端的下标，front会随数据输出而改变，而rear则时随数据输入二改变。
- 代码实现介绍
- 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：思路分析
- 将尾指针往后移：rear+1,当front==rear时队列为空
- 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时队列为满
- 代码实现：
package com.wkj;
import javax.sound.midi.Soundbank;
import java.util.Scanner;
/**
* @author xxiao
* @date 2022/2/4 - 13:44
*/
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
char key = ' ';
Scanner s = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
while (loop){
System.out.println("s(show): 显示队列");
System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
System.out.println("g(get): 从队列中获取数据");
System.out.println("h(head): 查看队列的头数据");
System.out.println("e(exit): 退出程序");
key = s.next().charAt(0);//接收一个字符
switch (key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.print("请输入一个数字：");
int value = s.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
System.out.println("取出的数据是:"+queue.getQueue());
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
System.out.println("队列头的数据是："+queue.headqueue());
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
s.close();
loop = false;
break;
default:
System.out.println("输入错误，重新输入：");
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;
private int front;//队列头
private int rear;//队列尾
private int[] arr;//该数据用于存放数据，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（即就是队列最后一个数据）
}
//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){
//判断队列是否满
if(isFull()){
System.out.println("队列已满，不能加入数据");
return;
}
rear++;//让rear后移
arr[rear]=n;
}
//数据出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否空
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空！不能取数据");
}
front++;
return arr[front];
}
// 现实队列的所有数据
public void showQueue(){
// 遍历数组
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]);
}
}
// 显示队列的头数据，注意不是取出数据
public int headqueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据~");
}
return arr[front+1];
}
}
输出实例：
该程序存在的问题：
- 能实现队列的出入，但是当队列满，把队列中数据全部取出，此时显示队列为空，但是还是不能往队列里存入数据。也就是说是能 进队三个数据，也就是说，数组只使用一次就不能用了，没有达到复用的效果。
- 将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列。用取模的方法实现
算法改进：
- 思路分析：
- 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初始值默认为零。
- 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作为约定。rear的参数值也默认为零。
- 当队列满时，原先的条件时rear=maxSize-1。做调整之后的条件是：(rear+1)%maxSize==front为满
- 当队列为空的条件没有变化：rear==front为空
- 当我们这样分析后，队列中有效的数据个数为：((rear-front)+maxSize)%maxSize
- 调整后的代码
package hhha.hhha;
import java.util.Scanner;
/**
* @author xxiao
* @date 2022/2/6 - 22:15
*/
public class CircleArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("环形队列测试案例--------");
CirleArray queue = new CirleArray(4);//说明设置4，其队列的有效数据最大是3
char key = ' ';
Scanner s = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
System.out.println("s(show): 显示队列");
System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
System.out.println("g(get): 从队列中获取数据");
System.out.println("h(head): 查看队列的头数据");
System.out.println("e(exit): 退出程序");
while (loop){
key = s.next().charAt(0);//接收一个字符
switch (key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.print("请输入一个数字：");
int value = s.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
System.out.println("取出的数据是:"+queue.getQueue());
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
System.out.println("队列头的数据是："+queue.headqueue());
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
s.close();
loop = false;
break;
default:
System.out.println("输入错误，重新输入：");
break;
}
}
System.out.println("程序退出！");
}
}
class CirleArray{
private int maxSize;
private int front;//队列头
private int rear;//队列尾
private int[] arr;//该数据用于存放数据，模拟队列
public CirleArray(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[maxSize];
front=0;
rear=0;
}
//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){
//判断队列是否满
if(isFull()){
System.out.println("队列已满，不能加入数据");
return;
}
arr[rear]=n;
rear = (rear+1)%maxSize;
}
//数据出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否空
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空！不能取数据");
}
int value=arr[front];
front = (front+1)%maxSize;
return value;
}
// 现实队列的所有数据
public void showQueue(){
// 遍历数组
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 + ((rear-front)+maxSize)%maxSize;i++) {
System.out.println("arr["+i%maxSize+"]="+arr[i%maxSize]);
}
}
// 显示队列的头数据，注意不是取出数据
public int headqueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据~");
}
return arr[front];
}
}
效果
