- 队列的介绍
- 数组模拟队列的思路
- 模拟队列代码实现
- 数组模拟队列存在的问题和优化
- 数组模拟环形队列思路
- 模拟环形队列代码实现
1. 队列的介绍
- 队列是一个
有序列表，可以用数组或链表来实现 - 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
- 示意图（数组模拟队列）
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2. 数组模拟队列的思路分析
队列本身就是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，其中 maxSize 是队列的最大容量
-
队列的输出、输入 是分别从前后端来处理的，因此需要 两个变量
front和rear分别记录队列前后端的下标-
front会随着输出而改变 -
rear会随着输入而改变
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-
将数组存入队列时有两个步骤：思路分析：
① 将尾指针往后移：rear+1
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 数据元素中，否则无法存入数据。
rear == maxSize - 1 :队列满
-
出队列时：
将头指针后移：front++, 当front == rear时，队列为空
3. 模拟队列代码实现
//使用数组模拟队列-编写一个 ArrayQueue类
class ArrayQueue{
private int maxSize; //表示数组的最大容量
private int front; //队列的头
private int rear; // 队列的尾
private int[] arr; // 该数组用于存放数据，模拟队列
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize){
maxSize = arrMaxSize; // 数组最大容量
arr = new int[maxSize];
front = -1; //初始化，指向队列头部.分析出 front是指向队列头的前一个位置
rear = -1; //初始化，指向队列尾部数据（即就是队列最后一个数据）
}
//判断队列是否满
public boolean isFull(){
return rear == maxSize - 1;
}
//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;
}
rear++; //让 rear后移
arr[rear] = n;
}
//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，不能取数据");
}
front++;//让front 后移，开始处于-1
return arr[front];
}
//显式队列的所有数据
public void showQueue(){
//遍历
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空的，没有数据~");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
//显式队列的头数据，注意不是取出数据
public int headQueue(){
//判断
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
return arr[front++];
}
}
- 测试类
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
//创建一个队列
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(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):从队列去除数据");
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':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数：");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.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 = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头部的数据是%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~~~");
}
}
4. 数组模拟队列存在问题和优化
- 目前数组使用一次就不能用了，没有达到服用的效果
- 将这个数组使用算法，改进成一个 环形的队列：
取模%
5. 数组模拟环形队列的思路分析
对前面数组模拟队列优化，充分利用数组。可以将数组看作成一个环形的（通过取模方式实现）
-
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，
在判断队列满时需要注意
(rear+1)% maxSize == front时表示队列满②
rear == front表示队列空 -
示意图：
image-20220321190818610 -
思路分析
①
front: 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②
rear: 指向队列的最后一个元素后的一个位置。因为空出一个空间作为约定。 rear 的初始值 = 0；③ 当队列满的条件为：
(rear + 1) % maxSize = front④ 当队列为空的条件为：
rear == front⑤ 队列的有效数据个数为：
(rear + maxSize - front) % maxSize⑥ 将数据存入队列时: 若队列未满，直接加入
arr[rear]=n; 然后rear=(rear+1)%maxSize;⑦ 取出队列时：若队列不为空，直接取出一个值
value=arr[front],然后front=(front+1)%maxSize;
6. 数组模拟环形队列的代码实现
class CircleArray{
private int maxSize; //表示数组的最大容量
//front 变量含义做一个调整：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为约定，
// rear 的初始值 = 0
private int rear;
private int[] arr;// 该数字据用于存放数据，模拟队列
public CircleArray(int arrMaxSize){
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
//front \ rear 默认为0
}
//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(){
//判断是否为空
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
for(int i = front; i < front + size();i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i % maxSize,arr[i % maxSize]); //环形
}
}
//求出当前队列有效数据的个数
public int size(){
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];
}
}
- 测试类
public class CircleArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
//测试
System.out.println("测试数据模拟环形队列的案例~~ ");
CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4); //说明设置4，其队列的有效数据最大是3，约定空出一个空间
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):从队列去除数据");
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':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数：");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.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 = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头部的数据是%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~~~");
}
}