环形队列的实现

环形队列的实现

通过上一章： 数组实现简单队列_会有别人送你花的博客-优快云博客

我们知道上次的做法很不严谨，浪费了空间不说，还没有什么实用性。

那么，我们这次就来修正上次的错误

首先，我们要改变思想，这次我们将rear和front的含义变一下

rear:指向队列尾的后一个位置 初始值为0

front:指向队列头的具体位置 初始值为0

注意：这次创建的时候都要比我们想创建的队列的容量要大一作为缓冲空间

	//环形队列 创建一个比最大容量大1作为缓冲
    private int maxSize;//队列的最大容量
    private int front;//指向队列的第一个元素，即队首元素 初始值为0
    private int rear;//指向队列的最后一个元素的后一个位置
    private int[] arr;//用于存放队列的数组

判断队列是否满，因为这是一个环形队列所以不能用rear==maxSize-1来判断，我们知道rear指向队列尾的后一个位置，那么既然是环形的，后一个位置加一就是队列头的位置，这里要考虑既然是环形的就不能一直往上加，当超过最大或等于最大容量我们就取余，这样就避免了索引越界的异常。

所以我们判断队列满的条件就是：(rear+1)%maxSize==front;即

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

判断队列是否为空还是不变。

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

判断队列的有效数据的个数，这里就要用到一个小算法了，有效数据的个数=(rear+maxSize-front)%maxSize

	//获取队列的有效数据的个数
    public int size(){
        return (rear+maxSize-front)%maxSize;
    }

添加数据到队列，因为rear指向队列尾的后一个位置，如果队列还有空间，那么就可以直接加入，加入之后再将rear后移，因为这是一个环形队列要考虑索引越界异常，所以后移的方法是rear=(rear+1)%maxSize

	//添加数据到队列
    public void addQueue(int num){
        //先判断是否满了
        if(isFull()){
            throw new RuntimeException("队列已满,不能添加数据！");
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear]=num;
        //rear后移,因为是个环形队列,所以考虑索引越界 解决办法 取模
        rear=(rear+1)%maxSize;
    }

获取队列元素，出队，因为front指向的位置是队列头所在位置，那么就要先保存队列头所在位置，然后再将front后移，因为这是一个环形队列要考虑索引越界异常，所以后移的方法是front=(front+1)%maxSize

    //获取队列元素,出队列
    public int getQueue(){
        //判断
        if(isEmpty()){
            //抛出异常处理
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据！");
        }
        //1.把front指向的值先保存到临时变量
        //2.再将front++
        //3.返回临时变量
        int value=arr[front];
        front=(front+1)%maxSize;
        return value;
    }

遍历队列

//显示队列所有元素
    public void showQueue(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        //遍历
        for (int i = front; i < front+size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
        }
    }

显示队列头元素而不是取出队列头元素

//显示队列头元素而不是取出队列头元素
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据！");
        }
        return arr[front];
    }

来吧，让我们测试一下

以下就是测试的完整代码

package com.algo.queue.arrayqueue;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(3);
        char key;//接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true;//死循环菜单
        while (flag){
            //菜单
            System.out.println("s(show):显示队列数据");
            System.out.println("h(head):显示队列的头数据");
            System.out.println("g(get):取出队列数据");
            System.out.println("a(add):添加数据到队列");
            System.out.println("e(exit):退出程序");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收用户输入
            switch (key){
                case 's'://遍历队列
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'h'://显示数组的头元素
                    try {
                        System.out.println(arrayQueue.headQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'g'://获取队列元素
                    try {
                        System.out.println(arrayQueue.getQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'a'://向队列添加元素
                    try {
                        int num=scanner.nextInt();
                        arrayQueue.addQueue(num);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://程序退出
                    scanner.close();
                    flag=false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出...");
    }
}

这里就是环形队列的完整代码

package com.algo.queue.arrayqueue;

public class CircleArrayQueue {

    //环形队列 创建一个比最大容量大1作为缓冲
    private int maxSize;//队列的最大容量
    private int front;//指向队列的第一个元素，即队首元素 初始值为0
    private int rear;//指向队列的最后一个元素的后一个位置
    private int[] arr;//用于存放队列的数组

    //环形队列的构造器
    public CircleArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize+1;//多一个作为缓冲
        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 front==rear;
    }

    //获取队列的有效数据的个数
    public int size(){
        return (rear+maxSize-front)%maxSize;
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int num){
        if(isFull()){
            throw new RuntimeException("队列已满,不能添加数据！");
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear]=num;
        //rear后移,因为是个环形队列,所以考虑索引越界 解决办法 取模
        rear=(rear+1)%maxSize;
    }

    //获取队列元素,出队列
    public int getQueue(){
        //判断
        if(isEmpty()){
            //抛出异常处理
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据！");
        }
        //1.把front指向的值先保存到临时变量
        //2.再将front++
        //3.返回临时变量
        int value=arr[front];
        front=(front+1)%maxSize;
        return value;
    }

    //显示队列所有元素
    public void showQueue(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        //遍历
        for (int i = front; i < front+size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
        }
    }

    //显示队列头元素而不是取出队列头元素
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据！");
        }
        return arr[front];
    }
}

注意：我们要记得队列的满的条件是：(rear+1)%maxSize==front

队列的有效元素个数=(rear+maxSize-front)%maxSzie