队列：
队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现
遵循先入先出原则。
（1）数组模拟队列
队列本身是由序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图，
其中maxSize式该队列的最大容量。
因为队列的输出，输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量front和rear分别
记录队列前后端的下表，front会随着数据输入而改变，而rear则是随着数据输入而改变。
1.问题：当我们将数据存入队列是称为“addQueue”,addQueue的处理需要两个步骤：
2.思路分析：
-
将尾指针rear往后移：rear+1， front == rear 代表【队列空】
2.若尾指针rear小于队列的最大下标maxSize-1，则将数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。rear == maxSize-1代表【队列满】
3.代码实现：
package com.fan.queue;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个队列
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
char key = ' ';
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
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):从队列取出数据");
System.out.println("h(head):查看队列头的数据");
System.out.println("请输入指令：");
key = sc.next().charAt(0); // 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("请输入一个数：");
int value = sc.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int result = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int result =arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
default :
break;
}
}
System.out.println("程序退出.");
}
// 使用数组模拟队列，编写一个ArrayQueue类
static class ArrayQueue {
// 数组最大容量
private int maxSize;
// 队列头指针,指向队列头的前一个位置
private int front;
// 队列尾指针,指向队列尾的前一个位置
private int rear;
// 该数据用于存放数据
private int[] arr;
// 创建队列的构造方法
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;
rear = -1;
}
// 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) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满，不能加入数据！");
return;
}
rear++; // 让rear后移一位
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()) {
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
front++; // 初始值为-1，向后移
return arr[front];
}
// 显示队列的所有数据
public void showQueue() {
// 遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，没有数据");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
// 显示队列的头数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException();
}
return arr[front + 1];
}
}
}
4.问题分析和优化
1）目前数组使用一次就不能用，没有达到复用的效果
- 将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列 取模：%
（2）使用数组模拟环形队列
1.思路：
- 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的初始值为0
- rear变量的含义做一个调整：rear指向队列的最后一个元素的位置，因为希望空出一个空间作为约定。rear的初始值为0
- 当队列满时(rear+1 )% maxSize = front【满】
- 队列为空的条件，rear =front 【空】
- 当我们这样分析，队列中有效数据的个数 (rear+maxSize-front)%maxSize
- 我们可以在原来的数组上修改，获得一个环形数组
2.代码实现
package com.fan.queue;
import java.util.Scanner;
import com.fan.queue.ArrayQueueDemo.ArrayQueue;
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("数组模拟环形队列");
// 创建一个队列
//设置4，其队列的有效数据最大是3
CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4);
char key = ' ';
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
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):从队列取出数据");
System.out.println("h(head):查看队列头的数据");
System.out.println("请输入指令：");
key = sc.next().charAt(0); // 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("请输入一个数：");
int value = sc.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int result = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int result =arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
default :
break;
}
}
System.out.println("程序退出.");
}
static class CircleArray{
// 数组最大容量
private int maxSize;
// 队列头指针,指向队列头的前一个位置
private int front;
// 队列尾指针,指向队列尾的前一个位置
private int rear;
// 该数据用于存放数据
private int[] arr;
public CircleArray(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
}
// 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) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满，不能加入数据！");
return;
}
arr[rear] = n;
//将rear后移，这里必须取模，复用数组
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 获取队列的数据，出队列
public int getQueue() {
// 判断队列是否为空
if (isEmpty()) {
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("队列为空，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]);
}
}
// 显示队列的头数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException();
}
return arr[front];
}
//求出当前队列有效数据的个数
public int size(){
return (rear+maxSize-front) % maxSize;
}
}
}