数据结构学习之环形队列（数组实现）

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前言

在上节课的学习中，使用数组实现了单向队列，单向队列存在假溢出的问题，环形队列可以解决这个问题。

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一、实现思路

1. 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 = 0
2. rear 变量的含义做一个调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定。rear 的初始值 = 0
3. 当队列满时，条件是 (rear + 1) % maxSize == front
4. 对队列为空的条件， rear == front 空
5. 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize
6. 牺牲掉一个空间

二、代码实现

代码如下：

package com.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

public class CricleArrayQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("环形队列演示");
        CricleArray queue = new CricleArray(4); //数组长度为4，但这个队列的有效数据最大是3，需要一个预留空间
        char key = ' ';//接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输出一个菜单
        while (loop){
            System.out.println("s : 显示队列");
            System.out.println("e : 退出程序");
            System.out.println("a : 添加数据到队列");
            System.out.println("g : 从队列取出数据");
            System.out.println("h : 查看队列头的数据");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收 一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输入一个数字");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序关闭");
    }
}

class CricleArray{
    private int maxSize; //表示数组的最大容量
    //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 = 0
    private int front;
    //rear 变量的含义做一个调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定.
    //rear 的初始值 = 0
    private int rear;
    private int[] arr; //该数据用于存放数据，模拟队列

    public CricleArray(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){
        //判断队列是否已满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已满,不能加入数据");
            return;
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear] = n;
        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()){
            //为空抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        //这里的front指向队列的第一个元素取出来
        //1  先把front 对应的值保留到一个临时变量
        // 2  将front 后移
        // 3  返回临时变量
        int n = arr[front];
        front = (front + 1)%maxSize;
        return n;
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据--");
            return;
        }
        //思路：从front 开始遍历 ，  要遍历多少个元素
        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，不是取出数据
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据--");
        }
        return arr[front];
    }
}

总结

第一次看这些很懵，不理解是添加数据、去除数据、有效数据是怎样算出来的，多看了几遍，自己动手算了算，稍微理解了一点。