目录
1 队列介绍
2 模拟队列思路
2.1 数组模拟队列
2.2数组模拟队列的代码实现及演示：
3 环形队列介绍
4 模拟环形队列
4.1用数组模拟环形队列思路
4.2数组模拟环形队列的代码实现及演示：
1 队列介绍
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：(使用数组模拟队列示意图)存在的问题：数组只能使用一次就不能使用，达不到复用的效果
2 模拟队列思路
2.1 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，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，如图所示:
用数组模拟一个队列：
// 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)
}
将数据存入队列：
队列为空条件：将尾指针往后移：rear+1 , 当front == rear时，队列为空
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
数据存入：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。
//添加数据到队列
public void addQueue(int num) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列中数据已满，无法添加！！！");
return;
}
rear++; // 将队尾指针向后移
arr[rear] = num;
}
队列已满条件： 当rear == maxSize - 1时，队列已满
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
2.2数组模拟队列的代码实现及演示：
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
//测试一把
//创建队列
Queue queue = new Queue(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):从队列中取出数据");
System.out.println("h(head):显示队列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
queue.show();
break;
case 'e':
scanner.close();// 要记得关掉
loop = false;
break;
case 'a':
try {
System.out.println("请输入想要添加的数据");
Scanner scan = new Scanner(System.in);
queue.addQueue(scan.nextInt());
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'g':
try {
queue.getQueue();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
queue.headQueue();
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出");
}
}
//使用数组模拟队列，写一个Queue类
class Queue {
private int front; // 表示队列头
private int rear;// 表示队列尾
private int maxSize;// 表示队列的最大容量
private int[] arr;// 表示队列
//创建队列的构造器
public Queue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
front = -1;// 指向队列头部，分析出front是指向队列头部的前一个位置
rear = -1;// 指向队列尾部，分析出rear是指向队列尾部的位置
arr = new int[maxSize];
}
//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 front == rear;
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int num) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列中数据已满，无法添加！！！");
return;
}
rear++; // 将队尾指针向后移
arr[rear] = num;
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列中没有数据");
}
front++;
return arr[front];
}
//显示队列的所有数据
public void show() {
for (int i = front + 1; i <= rear; i++)
System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
//显示队列的头数据，注意，不是取出数据
public void headQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("空队列，没有数据~~~~~~~~~");
return;
}
System.out.printf("arr[%d] = %d\n", front + 1, arr[front + 1]);
}
}
3 环形队列介绍
可以将队列空间想象成一个 环形空间 ，这能使队列空间重复使用：无论插入还是删除，front(队头) 增1或 rear(队尾) 加1时超出所分配的空间，就让它指向这片连续空间的起始地址。取元素时先从队列头开始，取完后，下一个元素就成了队列头，依次循环。只有一个元素时，既是队列头，也是队列尾。
环形队列示意图：
环形队列可以使用数组实现，也可以使用循环链表实现。
4 模拟环形队列
4.1用数组模拟环形队列思路
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
队列已满条件： (rear + 1) % maxSize == front
队列为空的条件：rear == front当我们这样分析， 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize
我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列
4.2数组模拟环形队列的代码实现及演示：
import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试一把
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
// 创建一个环形队列
CircleArray queue = new CircleArray(4); //说明设置4, 其队列的有效数据最大是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);// 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g': // 取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h': // 查看队列头的数据
try {
int res = queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e': // 退出
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 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
private int front;
//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; // 该数据用于存放数据, 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) {
// 判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列满，不能加入数据~");
return;
}
//直接将数据加入
arr[rear] = n;
//将 rear 后移, 这里必须考虑取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 获取队列的数据, 出队列
public int getQueue() {
// 判断队列是否空
if (isEmpty()) {
// 通过抛出异常
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 对应的值保留到一个临时变量
// 2. 将 front 后移, 考虑取模
// 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() {
// 遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空的，没有数据~~");
return;
}
// 思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
// 动脑筋
for (int i = front; i < front + size() ; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
// 求出当前队列有效数据的个数
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
// 显示队列的头数据， 注意不是取出数据
public int headQueue() {
// 判断
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
}
return arr[front];
}
}
