基于Java的数据结构&&算法学习（二）——队列(数组模拟)

应用场景

银行排队案例。客户等待柜员呼叫，要有空位才会呼叫下一位客户。

介绍

队列是一个有序列表，可以用数组或者链表实现，接下来数篇文章将依次使用多种队列。本篇文章使用数组模拟实现队列，下一篇实现环形队列。数组实现的队列是顺序存储，链表实现的队列是链式存储。
队列遵循先入先出(FIFO)原则

案例及思路分析

1.建立数组类，提供判定是否已空isFull、是否已满isEmpty、添加数据addQueue，取出数据getQueue，清空队列clearQueue、展示队列showQueue,获取头部数据headQueue，退出方法。
2.创建类的实例，模拟环境验证。
3.约定队列头front和队列尾rear的含义，本篇文章中，front代表指向队列头的前一个位置，rear代表指向队列尾的数据（即队列尾最后一个数据），详见代码。

优化

1. 在编写过程中，异常在方法中处理，执行流程中不再处理，增强代码可读性。
2. 捕获输出异常后，当队列已满或者已空，继续添加数据或者取出数据会抛出数组越界异常，解决方案是在前面的isFull和isEmpty中不满足条件时返回一个默认值-1，表示异常。

代码实现

public class ArrayQueueDemo {

    /**
     * 1.创建一个队列
     * 2.输入指令执行对应程序
     * 3.输入特定指令退出程序
     */
    public static void main(String[] args) {

        ArrayQueueDemo demo = new ArrayQueueDemo(3);
        boolean loop = true;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        char key = ' ';
        System.out.println("指令:");
        System.out.println("f   队列是否已满");
        System.out.println("e:  队列是否为空");
        System.out.println("a:  添加数据");
        System.out.println("g:  获取数据");
        System.out.println("h:  获取头部数据");
        System.out.println("c:  清空队列");
        System.out.println("s:  展示队列");
        System.out.println("q: 退出程序");
        while (loop) {
            //获取指令
            System.out.println("请输入指令:");
            key = scanner.next().charAt(0);
            System.out.println("f   队列是否已满");
            System.out.println("e:  队列是否为空");
            System.out.println("a:  添加数据");
            System.out.println("g:  获取数据");
            System.out.println("h:  获取头部数据");
            System.out.println("c:  清空队列");
            System.out.println("s:  展示队列");
            System.out.println("q: 退出程序");
            switch (key) {
                case 'f':
                    demo.isFull();
                    break;
                case 'e':
                    demo.isEmpty();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数字，非数字可能会导致程序退出");
                    int num = scanner.nextInt();
                    demo.addQueue(num);
                    break;
                case 'g':
                    int res = demo.getQueue();
                    System.out.println("结果为：" + res);
                    break;
                case 'h':
                    int head = demo.headQueue();
                    System.out.println("头部数据为：" + head);
                    break;
                case 'c':
                    demo.clearQueue();
                    break;
                case 's' :
                    demo.showQueue();
                    break;
                case 'q':
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }

    private int maxSize;
    private int front;
    private int rear;
    private int[] arr;

    //构造器
    private ArrayQueueDemo(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        //front是指向队列队列头的前一个位置
        front = -1;
        //rear指向队列尾，指向队列尾的数据（即队列最后一个数据）
        rear = -1;
    }

    //判断队列是已满
    public boolean isFull() {
        try {
            if (rear == maxSize - 1) {
                throw new RuntimeException();
            }
            System.out.println("----队列未满----");
            return false;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("----队列已满,不再继续添加数据----");
            return true;
        }
    }

    //判断队列是否已空
    public boolean isEmpty() {
        try {
            if (front == rear) {
                throw new RuntimeException();
            }
            System.out.println("----队列还有数据----");
            return false;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("----队列已空,不再取数据----");
            return true;
        }
    }

    //为队列添加数据
    public void addQueue(int n) {
        if (isFull()) {
            return;
        }
        arr[++rear] = n;
    }

    //从队列获取数据
    public int getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return arr[++front];
    }

    //显示所有数据
    public void showQueue() {
       if (isEmpty()) {
           return;
       }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
        }
    }

    //返回队列头部数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        //注意不是front++
        return arr[front+1];
    }

    //清空队列，重复使用
    public void clearQueue() {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = 0;
        }
        int rear = -1;
        int front = -1;
    }
}

结果展示