数据结构和算法学习笔记之 02.数组模拟队列和环形队列

3.数组模拟队列

队列特点: 先进先出

3.1 思路分析

1. maxSize表示最大容量，front 表示队列头，rear表示队列后端
2. 添加元素

• 将尾指针往后移动：real +1, 队列为空的条件： front = = real
• 当real == maxSize-1 表示队列满了，不能添加元素

3.2 代码实现

package com.tomdd;

/**
 * 数组模拟队类
 *
 * @author zx
 * @date 2022年12月21日 9:22
 */
public class ArrayQueue {
    /**
     * real表示数组下标，默认为-1表示没有任何数据
     */
    private int real;

    /**
     * 队列头部
     */
    private int front;

    /**
     * 存放队列元素的数组
     */
    private int[] arr;

    /**
     * 队列最大容量
     */
    private int maxSize;

    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        //real表示数组下标
        real = -1;
        //默认指向队列的第一个位置的前面的位置
        front = -1;
        arr = new int[maxSize];
    }

    public void isFull() {
        if (real == maxSize - 1) {
            throw new RuntimeException("队列已满，不能添加元素");
        }
    }

    public void isEmpty() {
        if (front == real) {
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
    }

    public void push(int num) {
        isFull();
        arr[++real] = num;
    }

    public int poll() {
        isEmpty();
        return arr[++front];
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(4);
        queue.push(1);
        queue.push(2);
        queue.push(3);
        queue.push(4);
        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
    }

}

3.3 问题

1. 从队列中取出一个数据，然后再添加一个数据是添加不进去，
2. 我们在取数据的时候并没有改变指针。使用环形队列进行改进

4.数组模拟环形队列

通过取模方式修改real/front 指针实现数组环形队列

4.1 思路分析

1. front表示队列第一个元素，默认值为0
2. real表示队列最后一个元素的后一个位置(约定希望空出一个空间)，初始值也是为0
3. 队列满的判断条件: (real+1)%maxSize==front
4. 队列为空：real == front
5. 队列中有效个数:(real+maxSize-front)%maxSize
6. 添加元素移动real指针:real = (real + 1) % maxSize;
7. 取出元素front指针:front = (front + 1) % maxSize;

4.2 代码实现

package com.tomdd.arrayqueue;

/**
 * 环形数组队列
 *
 * @author zx
 * @date 2022年12月21日 9:45
 */
public class AnnulusArrayQueue {
    /**
     * real表示队列最后一个元素的后一个位置(约定希望空出一个空间)，初始值也是为0
     */
    private int real;

    /**
     * front表示队列第一个元素，默认值为0
     */
    private int front;

    /**
     * 存放队列元素的数组
     */
    private int[] arr;

    /**
     * 队列最大容量
     */
    private int maxSize;

    public AnnulusArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    public void isFull() {
        if ((real + 1) % maxSize == front) {
            throw new RuntimeException("队列已满");
        }
    }

    public void isEmpty() {
        if (real == front) {
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
    }


    public void push(int num) {
        isFull();
        arr[real] = num;
        real = (real + 1) % maxSize;
    }


    public int poll() {
        isEmpty();
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    public int size() {
        return (real + maxSize - front) % maxSize;
    }

    public void printQueue() {
        isEmpty();
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        AnnulusArrayQueue queue = new AnnulusArrayQueue(4);
        queue.push(1);
        queue.push(2);
        queue.push(3);

        queue.printQueue();

        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());

        System.out.println("-------------------");
        queue.push(4);
        queue.push(5);
        queue.push(6);

        queue.printQueue();
    }

}

打印结果:

arr[0]=1
arr[1]=2
arr[2]=3
1
2

3

arr[3]=4
arr[0]=5
arr[1]=6