数组队列——循环队列

原创已于 2025-08-25 11:35:54 修改 · 1.7k 阅读

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#java #开发语言 #数据结构

于 2025-08-25 00:07:28 首次发布

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1.数组队列的基本概念

2.代码实现

3.数组队列的不足

4.循环队列的基本概念

5.代码实现

6.总结

一.数组队列的基本概念

队列是一种线性的数据结构，其特点是先进先出；像排着一条队伍进房间，先排队则优先进入房间，想要排队必须从队尾开始排。

如图所示：

二.数组队列的代码实现

根据这个特点，以数组为存储容器，来模拟数组队列。

1.首先要确定队列大小(数组大小)，设置最大容量：int MaxSize;

2.接着要实现队列的功能，需要设置两个变量来记录对头和队尾的下标；

int front = -1; //记录队头的下表

int rear = -1; //记录队尾的下表

3.队列有三种情况

（1）当队列中没元素时我们规定第一个元素的前一个是front。

并且 front == rear ;

（2）当队列满时最后一个元素的前一个为rear。

即 rear == MaxSize - 1；

所以判断队列是否满和空的代码如下：

    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return rear==maxSize-1;
    }


    //判断队列是否空
    public boolean isEmpty(){
        return rear==front;
    }

队列为空的情况： 队列满的情况：

只要rear == front ,队列便是空的，不一定要如上图。

特别说明：因为队列满时满足：rear = MaxSize -1; 而不管front处于什么位置，所以普通队列存在一个问题，数组队列只能用一次，当队列满后便无法复用。

（3）队列有空间且不为空时。

我们有两种功能，往队列中存数据，从队列中取数据。

存数组：从队尾加入一个数，并且队尾标志rear向后移动一位：rear++;

取数据：从对头取出一个数，并且对头标志front向后移动一位：front++;

    //进对列存数据
    public void addArr(char n){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满不能加入数据");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }


    //获取队列的数据，出队列
    public char getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("数组为空，不能取数据");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

进队如图：

注意：是先进行rear++,再让数据进队arr[rear] = value，所以当判满时条件仍然是： rear == MaxSize - 1；

出队如图：

只要出队一次，便front++，同样是是先进行front++,再让数据出队arr[front] = value；

4.其他的一些功能的代码。

打印数组队列，便按照数组规则遍历；取头元素，便通过arr[front+1]来看，注意是只查看不取出来。

    //打印队列中的数据
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空没有数据");
            return;
        }

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%c\n",i,arr[i]);
        }
    }
    
    //显示头数据
    public char headQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空没有数据");
        }
        return arr[front+1];
    }

三.数组队列的局限和不足

上述特别说明中提到，当队列存满，便再也不能存数据。因此数组队列是一个一次性的存储结构。

因此引出一个优化的列表形式：循环列表。

四.循环队列的基本概念

1.首先，循环队列是只将队列首尾相接像一个环(实际上是通过取模的方式，让front和rear小于maxSize)；但同样遵循先进先出，从队尾进队，从对头出队的原则

2.其次我们规定需要的变量：

确定循环队列容量：int maxSize;

空时队首：int front = 0; 队尾：rear= 0 //这次front代表头元素的数组下标。

满时队尾：int rear = maxSize +1 //rear代表最后一个元素的后一位，所以有一个空位

如图：

五.循环队列代码实现

1.判断队列空和满

队列依旧是数组队列，但实现循环，是通过对取模的方式防止数组越界，这样即使队列满了，只要出队取数据又可以存新的数据。

    //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;
    }

2.往队列存数据

下一次再存会先判断队列是否满，条件是 (rear+1)%maxSize == front;因此如图，当rear==6时队列已经满了，所以循环队列会预留一个空间。

代码如下：

取模操作同样是为了防止数组越界。

    //添加数据到队列
    public void addQueue(char n){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        //将要添加的数据存入队列数组
        arr[rear] = n;
        //将rear后移，这里必须考虑取模
        rear = (rear + 1)%maxSize;
    }

4.出队取数据

代码如下

    //获取队列数据，出队列
    public char getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        //front移动位置，要做取模处理，防止数组越界
        //1.先把front指向队列的第一个元素
        //2.将front对应的值保留到一个临时变量
        //3.将临时保存的变量返回
        int value = arr[front];
        front = (front + 1)%maxSize;
        return value;
    }

看看此时循环队列的优势出现了，现在再判断队列，此时(rear+1)%maxSize != front，所以可以接着存数据,直到再次满为止。

3.其他功能代码：

因为是循环队列，所以遍历从对头开始，遍历条件是front + 队列中存储数据的个数。

即front + (rear+maxSize-front)%maxSize;

    //打印队列所以数据
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        //从队首开始
        for (int i = front; i < front+size(); i++) {
            //因为是循环数组，下标要考虑取模
            System.out.printf("arr[%d]=%c\n",(i%maxSize),arr[i%maxSize]);
        }
    }

    //获取队列有效数值长度
    public int size() {
        return (rear+maxSize-front)%maxSize;
    }

    //显示队列的头元素
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空没有数据");
        }
        return arr[front];
    }