Java数据结构与算法———（4）用数组模拟一个循环队列

用数组模拟一个循环队列，弥补了用数组模拟队列不能复用的缺点，但是也会碰到数组空间不足而溢出的问题。

一、代码：

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueue {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("开始测试数组模拟循环队列... ... ... ... ...");
		CircleQueue queue = new CircleQueue(4);//设置 maxSize 的值为4，但是队列的有效数据却为3
		char key = ' ';//用来接收用户的输入
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		boolean loop = true;//循环判断条件
		
		//开始测试
		while(loop) {
			//输出一个菜单
			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)：查看队列头数据");
			key = scanner.next().charAt(0);//接收用户的输入，是一个字符
			//根据用户的输入输出输出对应的内容
			switch(key) {
			case's'://显示队列的数据
				queue.showQueue();
				break;
			case'e'://退出队列
				scanner.close();//关闭输入流
				loop = false;//关闭循环
				break;
			case'a'://添加数据到队列
				System.out.println("请输入一个数据：");
				//int value = scanner.nextInt();
				queue.addQueue(scanner.nextInt());
				break;
			case'g'://取出数据，一次取一个。若队列为空，可能抛出异常
				try {
					System.out.printf("取出的数据为：%d\n", queue.getQueue());
				}catch(Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case'h'://查看队列头部数据。若队列为空，则可能抛出异常
				try {
					System.out.printf("队列头数据为：%d\n", queue.headQueue());
				}catch(Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			default:
				break;
			}
		}
		System.out.println("测试程序已退出！");
	}

}

class CircleQueue{
	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;//指向队列头
	//rear 变量的含义做一个调整：rear 指向队列的最后一个元素的下一个位置，因为希望空出一个空间作为约定
	//rear 的初始值 = 0
	private int rear;//指向队列尾的下一个位置
	private int[] arr;//模拟循环队列的数组
	
	//1.创建队列的构造函数
	public CircleQueue(int arrMaxSize){
		maxSize = arrMaxSize;
		arr = new int[maxSize];
		front = 0;
		rear = 0;
	}
	
	//2.判断队列是否满
	public boolean isFull() {
		return (rear + 1) % maxSize == front;
	}
	
	//3.判断队列是否空
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}
	
	//4.添加数据到队列，入队列
	public void addQueue(int n) {
		//（1）首先判断队列是否已满
		if(isFull()) {
			System.out.println("队列满，不能加入数据！");
			return;
		}
		//（2）队列未满，可以加入数据
		arr[rear] = n;
		rear = (rear + 1) % maxSize;//将rear后移，这里必须考虑取模
	}
	
	//5.获取队列的数据，出队列，一次出一个
	public int getQueue() {
		//（1）首先判断队列是否空
		if(isEmpty()) {
			//抛出异常
			throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
		}
		//（2）队列不为空
		//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中
		//<2> 将 front 后移，考虑取模
		//<3> 将临时变量保存的变量返回
		int value = arr[front];
		front = (front + 1) % maxSize;
		return value;
	}
	
	//6.显示队列所有的数据，遍历数组
	public void showQueue() {
		//（1）先判断队列是否空
		if(isEmpty()) {
			System.out.println("队列为空，没有数据！");
			return;//并非返回数据，而是结束方法
		}
		//（2）队列不为空，开始遍历输出数组
		//思路：从 front 开始遍历，但无法确定需要遍历多少个元素，所以需要先确认队列的有效数据个数
		for(int i = front; i < front + size(); i++) {
			System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
		}
	}
	
	//7.求出当前队列有效数据的个数，即队列的长度（数组的长度）
	public int size() {
		return (rear + maxSize - front) % maxSize;
	}
	
	//8.显示队列的头部数据，注意不是取出数据
	public int headQueue() {
		//（1）先判断队列是否空
		if(isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列为空，没有数据！");
		}
		//（2）队列非空，显示队列头部数据
		return arr[front];
	}
}

二、运算结果

开始测试数组模拟循环队列... ... ... ... ...
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
队列为空，没有数据！
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
a
请输入一个数据：
10
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[0] = 10
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
a
请输入一个数据：
20
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 20
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
a
请输入一个数据：
30
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 20
arr[2] = 30
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
a
请输入一个数据：
40
队列满，不能加入数据！
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 20
arr[2] = 30
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
g
取出的数据为：10
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[1] = 20
arr[2] = 30
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
a
请输入一个数据：
40
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[1] = 20
arr[2] = 30
arr[3] = 40
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
h
队列头数据为：20
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
g
取出的数据为：20
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
h
队列头数据为：30
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[2] = 30
arr[3] = 40
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
a
请输入一个数据：
50
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
a
请输入一个数据：
60
队列满，不能加入数据！
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
s
arr[2] = 30
arr[3] = 40
arr[0] = 50
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
h
队列头数据为：30
s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列取出数据
h(head)：查看队列头数据
e
测试程序已退出！