队列【java】

最新推荐文章于 2026-01-08 15:22:05 发布

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#java #开发语言 #后端 #idea

本文介绍了如何用Java实现队列的概念，包括数组模拟的队列结构，以及如何优化为环形队列，展示了队列的基本操作如添加、出队和头部信息的获取。

1.概念

队列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现。
先存入队列的数据,要先取出。后存入的要后取出，遵循先入先出的原则。
允许插入的一端称为队尾（rear），允许删除的一端称为队头(front)。
入队：向队列中插入新的数据元素,新入队的元素就成为了队列的队尾元素。
出队：从队列中删除队头元素，其后继元素成为新的队头元素。

2.数组模拟队列

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';//接受用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while (loop) {
            System.out.println("==========================");
            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");
            System.out.println("g(get):从队列取数据");
            System.out.println("h(head):队列头的信息");
            System.out.println("==========================");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数:");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int queue = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据:" + queue);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int head = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.println("队列的头部数据是:" + head);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");


    }

}

//使用数组模拟队列
class ArrayQueue {
    private int maxSize;//数组的最大容量
    private int front;//指向队列头
    private int rear;//指向尾部
    private int[] arr;//该数据用于存放数据，模拟队列

    //创建队列

    public ArrayQueue() {
    }

    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; //指向队列头部，指向队列头的前一个位置
        rear = -1;  //指向队列尾部，指向队列的最后一个数据
    }

    /**
     * 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("队列已满~");
            return;
        }
        rear++;//rear后移
        arr[rear] = n;
    }

    /**
     * 从队列移除数据
     */
    public int getQueue() {
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空~");
        }
        front++;//front后移
        return arr[front];
    }

    /**
     * 显示队列的所有数据
     */
    public void showQueue() {
        //判断是否为空
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，无法遍历");
        }
        for (int i = 0; i < maxSize; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }
    }

    /**
     * 显示队列的头部，仅显示
     */
    public int headQueue() {
        //判断是否为空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空~");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

3.环形队列

将上述队列优化为环形队列

思路分析:

1.fornt变量的含义调整:front指向队列的第一个元素。front初始值=0
2.rear变量的含义调整:rear指向队列的最后一个元素的后一个位置。rear初始值=0
3.当队列满时:（rear+1）%maxSize==front。
4.当队列为空时:rear=front
5.队列中有效数据的个数:(rear+maxSize-front)%maxSize

public class CircleArrayQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(5);
        char key = ' ';//接受用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while (loop) {
            System.out.println("==========================");
            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");
            System.out.println("g(get):从队列取数据");
            System.out.println("h(head):队列头的信息");
            System.out.println("==========================");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数:");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int queue = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据:" + queue);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int head = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.println("队列的头部数据是:" + head);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }

}

//使用数组模拟队列
class CircleArrayQueue {
    private int maxSize;//数组的最大容量
    private int front;//指向队列的第一个元素
    private int rear;//指向尾部
    private int[] arr;//该数据用于存放数据，模拟队列

    //创建队列

    public CircleArrayQueue() {
    }

    public CircleArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0; //指向队列头部，指向队列头的前一个位置
        rear = 0;  //指向队列尾部，指向队列的最后一个数据
    }

    /**
     * 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("队列已满~");
            return;
        }
        //直接将rear加入
        arr[rear] = n;
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    /**
     * 从队列移除数据
     */
    public int getQueue() {
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空~");
        }
        //front指向队列的第一个元素
        //1.先把front对应的值保存到临时变量
        //2.将front后移
        //3.降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() {
        //判断是否为空
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，无法遍历");
        }
        //从front开始遍历
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

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

    /**
     * 显示队列的头部，仅显示
     */
    public int headQueue() {
        //判断是否为空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空~");
        }
        return arr[front];
    }
}