java数据结构——数组模拟队列

java数据结构——数组模拟队列

（PS：个人初学总结笔记，大佬勿喷！）

队列的应用场景介绍

队列是一个有序列表，可以用数组或者是链表来实现
遵循先入先出的原则，也就是：
	先存入队列的数据要先取出，后存入队列的后取出。
	例如银行排队叫号。

数组模拟队列：

队列本身时有序列表，可以用数组的结构来存储队列的数据：

1. 首先这个队列需要有一个队列长度，我们用maxSize来代表该队列的长度。
2. 因为队列的输入输出分别给从前后端来处理，因此需要两个变量front(头指针)和rear(尾指针)。
3. front(头指针):front会随着数据输出而改变,也就是从该队列取走数据。
4. rear(尾指针):rear会随着输入而改变的，也就是为该队列增加数据。
5. 将尾部指针后移：rear+1。
6. 若尾指针rear小于队列的最大值下标maxSize-1,则将数据存入rear所致数组元素中，否则无法存入数据。
7. 当rear == maxSize证明该队列满了。

代码：

首先我们创建一个类，用来使用数组模拟队列，编写arrayclass的类

class ArrayQueue{
    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;// 该数组用来存放数据，来模拟队列
 //创建一个队列构造器
    public  ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;// 指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置
        rear  =- 1;// 只想队列尾，只想对列尾的数据（即就是队列最后一个数据）
    }

创建判断队列是否为满的方法

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

创建队列是否为空的方法

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

创建为队列添加数据的方法

    // 添加数据
    public void addQueue(int n){
        // 判断队列是否满
        if(isFULL()){
            throw  new RuntimeException("队列满不能加入数据");
        }
        rear++;// 让raar后移
        arr[rear] = n;
    }

创建获取对列数据的方法

// 获取对列数据，出队列
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            // 通过抛出异常来处理
            throw new RuntimeException("对列为空不能取数据");
        }
        front++; // front后移
        return  arr[front];
    }

创建显示队列所有数据的方法

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

创建显示队列头的方法（并不是提取数据）

// 显示队列的头数据，注意不是提取数据
    public int headQueue(){
        // 判断
        if (isEmpty()){
            throw  new RuntimeException("队列为空，没有数据~~");
        }
        return arr[front+1];
    }

创建测试方法

 public static void main(String[] args) {
        // 测试
        // 创建一个队列

        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';// 接受用户输出
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        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):退出程序");
            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):查看队列头数据");
            key = scanner.next().charAt(0); // 接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a' :
                    System.out.println("输出一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case  'g':
                    try{
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("去除的数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try{
                        int res = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }

进行测试：

当我们测试的时候发现，该数组模拟的队列只能存储一次性数据，当我们把队列加满，取出完毕后，在进行增加数据，该程序就会报错，不能使用了。

目前这个数组使用一次就不能使用了，没有达到复用的效果

所以我们将代码进行优化：

数组模拟环形队列：

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组，因此将数组看作是一个环形的（通过取模额方式来实现即可）

分析说明：

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指向队列最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间作为约定，rear到的初始值=0;

3.当队列满了，条件是（rear+1）%maxxSize=front[满]

4.当队列为空的条件，rear == front空

5.当我们这样分析，队列中有效的数据的个数（rear+maxSize-front）%maxSize // rear = 1 front = 0

我们就可以在原来的队列上进行修改，一个环形队列。

还是原来的代码：

创建环形数组类：

class CircleArray{
    private int maxSize;// 表示数组的最大容量
    // 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；
    private int front;
    // rear变量的含义做一个调整：rear指向队列最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间作为约定，rear到的初始值=0;
    private int rear;
    private int[] arr;// 该数组用来存放数据，来模拟队列
 
 	public CircleArray(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int [arrMaxSize];
    }
    }

 // 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
    public void addQueue(int  n ){
        // 判断队列是否满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        // 直接将数据加入
        arr[rear] = n;
        // 将rear 后移，这里必须考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

// 取出队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        // 判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            // 通过抛出异常来处理
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取出数据");
        }
        // 这里需要分析front是指向队列的第一个元素
        /*
        1.先把front对应的值保留到一个临时变量里面
        2.将front后移，考虑取模
        3.将临时保存的值返回
         */
        int value = arr[front];
        front = (front + 1)%maxSize;
        return value;
    }

新建一个方法，求出当前队列有效个数

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

 // 显示队列所有数据
    public void showQueue(){
        // 遍历
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据~~~~");
            return;
        }
        // 思路:从front开始遍历，遍历多少个元素
        // 动脑筋
        for(int  i = front;i < front+size(); i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
        }
    }

// 显示队列的头数据，注意不是取出数据
    public int headQueue(){
        // 判断
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列是空的，没有数据");
        }
        return arr[front];
    }

测试结果：

我们设置对列长度为3.
目前队列为空。

添加第一个数：10

现在同样方法加入20，30。到队列里面。
现在的队列：

取出第一个数据：

队列剩下的数据：

当所有都被取出的时候：

当我们取出了一个数据10，队列还剩下20，30，队列头为20 ，然后我们再进行50：

退出程序：