队列

简介

队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。遵循先进先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出

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：

思路分析

1. 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：
   1)将尾指针往后移：rear+1 , 当front == rear 【空】
   2)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]
2. 出队列操作getQueue
3. 显示队列的情况showQueue
4. 查看队列头元素headQueue
5. 退出系统exit

代码

package com.hern;

import java.util.Scanner;

/**
 * @Author Hern
 * @Date 2019-09-21 21:16
 * @Describle 数组模拟队列
 */
public class ArrayQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            arrayQueue.addQueue(i);
        }

        arrayQueue.showQueue();
        System.out.println();
        System.out.println(arrayQueue.getQueue());
        System.out.println(arrayQueue.headQueue());

    }
}

class ArrayQueue{
    private int maxSize; //表示数组的最大容量
    private int front; //指向队列头
    private int rear; //指向队列尾

    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（指向队列头部的前一个位置）
        rear = -1; //指向队列尾部，指向队列尾部的数据（就是队列的最后一个数据）

    }

    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        if (rear == maxSize-1 ){
            return true;
        }else {
            return false;
        }
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        if (front == rear){
            return true;
        }else {
            return false;
        }
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已经满");
            return;
        }

        //尾部后移
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }

    //获取队列的数据，数据出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        //头部后移
        front++;
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        for (int i: arr) {
            System.out.print(i + " ");
        }
    }

    //显示队列的头数据，注意不是取数据
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
        }
        return arr[front++];//front+1是因为front指向队列头部的前一个位置
    }
}

数组模拟环形队列

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组。因此将数组看做是一个环形的。(通过取模的方式来实现即可)

分析说明：

1)尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定,这个在做判断队列满的时候需要注意 (rear + 1) % maxSize == front 满]

2)rear == front [空]

示例（完成环形数组模拟的队列的输出）

(cq.rear + cq.maxSize – cq.front) % cq.maxSize

代码

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() {
		// rear = 2
		// front = 1
		// maxSize = 3 
		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];
	}
}