环形队列

环形队列

队列基本介绍

• 队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
• 遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出

示意图：

环形队列的两种代码实现

实现方式一（牺牲空间）

此方式通过front和rear来判断队列的空满状态，需要牺牲数组的最后一位

package queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author xq
 * @create 2021-01-09-13:35
 */
public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(3);//设置3，实际队列长度为2
        char key = ' ';//接受用户输入
        Scanner sc = new Scanner(System.in);//接受输入
        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");
            key = sc.next().charAt(0);//接受一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'e':
                    loop = false;
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数");
                    int value = sc.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g'://取出数据
                    try {
                        System.out.println("取出的数据是" + arrayQueue.getQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h'://查看队列头的数据
                    try {
                        System.out.println("队列头的数据是" + arrayQueue.headQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;

            }
        }
    }
}

//使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类
class CircleArrayQueue {
    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

    //创建队列的构造器
    public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0;//指向队列头部，分析出front是指向队列的第一个元素。
        rear = 0;//指向队列尾，指向队列最后一个元素的后一个位置
    }

    //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");
            return;
        } else {
            arr[rear] = n;
            rear = (rear + 1) % maxSize;//让rear后移,这里必须考虑取模
        }
    }

    //获取队列的第一个数据，出队列
    public int getQueue() {
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            //通过抛出异常处理
            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对应值保存到一个临时变量
        int value = arr[front];
        //2.将front后移,考虑取模
        front = (front + 1) % maxSize;
        //将临时保存的变量返回
        return value;
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        //遍历
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空");
        }
        //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]);
        }
    }

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

    //显示队列的头数据是多少
    public int headQueue() {
        //判断
        if (isEmpty()) {

            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front];
    }
}

方式一 思考

• 循环队列为什么要空出一个元素？
  因为需要区分队列空和队列满的状态，当头指针和尾指针相等时队列为空，当尾指针在头指针前一个位置时队列为满。尾指针所指向的位置必须空着，所以能用的元素个数为n-1。
• 队列实际长度的计算
  (rear + maxSize - front) % maxSize

方式二（LeetCode622）

此方法多定义了一个Size用于判断队列的空满状态，无需牺牲空间

class MyCircularQueue {
    private int front;
    private int rear;
    private int maxSize;
    private int[] arr;
    private int size = 0;
    public MyCircularQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0;
        rear = -1;
    }
    
    public boolean enQueue(int value) {
        if(isFull()){
            return false;
        }
        size++;
        rear = (rear + 1) % maxSize;
        arr[rear] = value;
        return true;
    }
    
    public boolean deQueue() {
        if(isEmpty()){
            return false;
        }
        size--;
        front = (front + 1) % maxSize;
        return true;
    }
    
    public int Front() {
        if(isEmpty()){
            return -1;          
        }
        return arr[front];
    }
    
    public int Rear() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }       
        return arr[rear];
    }
    
    public boolean isEmpty() {
        if(size == 0){
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    public boolean isFull() {
        if(size == maxSize){
            return true;
        }
        return false;

    }
}

方式二 思考

• 为什么将rear定义为-1？
  将尾指针直接指向最后一位数，便于查看队列的最后一位。