尚硅谷Java数据结构与算法——014数组模拟环形队列

数组模拟环形队列思路分析如下:

1. 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。
2. 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。
3. 当队列满时，条件是：(rear + 1) % maxSize == front。
4. 对队列为空的条件是：rear == front。
5. 当我们这样分析，队列中有效的数据的个数：(rear + maxSize - front) % maxSize。
6. 我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列。

代码实现

编写一个CircleArray类

class CircleArray {
    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;  // 该数组用于存放数据, 模拟队列

    // 创建环形队列的构造器
    public CircleArray(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0; // 指向队列头，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。
        rear = 0;  // 指向队列尾，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。
    }

    // 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 front == rear;
    }

    // 求当前队列有效数据的个数
    public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    // 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;
        }
        arr[rear] = n;
        rear = (rear + 1) % maxSize; // 将 rear 后移，这里需要考虑取模。
    }

    // 获取队列的数据, 出队列
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            // 通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能获取数据~");
        }
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;  // 将 front 后移，这里需要考虑取模。
        return value;
    }

    // 显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        // 遍历
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空，没有数据~");
            return;
        }
        /*
        // 【王】
        for (int i = front; i != rear; i = (i + 1) % maxSize) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }
        */


        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % 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，没有数据~");
        }
        return arr[front];
    }
}

测试代码

package com.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author WHT
 * @create 2021-06-01 17:28
 */
public class CircleArrayQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 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;
        while (loop) {
            // 输出一个菜单
            System.out.println("s(show): 显示队列");
            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");
            System.out.println("e(exit): 退出程序");
            key = scanner.next().charAt(0); // 接收一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;

                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数:");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;

                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;

                case 'h':
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;

                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;

                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出~~");
    }
}

运行结果

D:\java\jdk-11.0.11\bin\java.exe "-javaagent:D:\IntelliJ IDEA 2020.1.1\lib\idea_rt.jar=4640:D:\IntelliJ IDEA 2020.1.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath E:\WHT\Project\Java\DataStructures\out\production\DataStructures com.atguigu.queue.CircleArrayQueueDemo
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
队列空，没有数据~
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
10
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
arr[0]=10
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
20
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
30
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
40
队列满，不能加入数据~
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
arr[0]=10
arr[1]=20
arr[2]=30
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
g
取出的数据是10
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
arr[1]=20
arr[2]=30
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
40
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
arr[1]=20
arr[2]=30
arr[3]=40
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
50
队列满，不能加入数据~
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
arr[1]=20
arr[2]=30
arr[3]=40
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
h
队列头的数据是20
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
arr[1]=20
arr[2]=30
arr[3]=40
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
g
取出的数据是20
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
g
取出的数据是30
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
g
取出的数据是40
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
g
队列空，不能获取数据~
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
队列空，没有数据~
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
50
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
a
请输入一个数:
60
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
s
arr[0]=50
arr[1]=60
s(show): 显示队列
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
e(exit): 退出程序
e
程序退出~~

Process finished with exit code 0