队列与环形队列

队列

特点：先进先出

举例：银行排号，医院面诊

队列介绍：队列是一个有序列表，可以用数组，链表实现，遵循先进先出原则，即：现存进的要后取出

示意图：

理解：对象Queue拥有两个指针rear(队列尾部)和front(队列首部),初始化均为-1,当添加数据时rear增加front不变，当取数据时rear不变front减少，即取数据在对队首取，加数据在队未加入。

使用数组模拟队列

• 队列本身是有序列表，若使用数组结构来存储队列数据，则队列数组的声明如上图，其中maxsize为该队列的最大容量。

• 上图模拟的就是用数组模拟队列。

  

   

代码实现：

import java.util.Scanner;
​
public class Queue {
    public static void main(String args[]){
        ArryQueue arryQueue = new ArryQueue(3);
        char key=' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loob=true;
        //创建一个菜单
        while (loob){
            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("o(out):取出数据");
            System.out.println("h(head):查看头数据");
            key=scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    arryQueue.showQueue();
                    break;
                case 'e':
                    loob=false;
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入要加入的数据：");
                    int n=scanner.nextInt();
                    arryQueue.addQueue(n);
                    break;
                case 'o':
                    System.out.println(arryQueue.outQueue());
                    break;
                case 'h':
                    System.out.println(arryQueue.headQueue());
                    break;
            }
        }
​
    }
}
//使用数组模拟队列
class ArryQueue{
    int maxSize;//队列最大容量
    int front;//队列头
    int rear;//队列未
    int[] arr;//模拟队列
    //创建队列的构造器
    public ArryQueue(int maxSize){
        this.maxSize=maxSize;
        this.arr=new int[maxSize];
        this.front=-1;//指向队列头部,指向头部的前一个位置
        this.rear=-1;//指向队列未,指向队列未就是最后一个数字
    }
    public boolean isFill(){//判断是否满
        return rear==maxSize-1;
    }
    public boolean isEmpty(){//判断是否是空
        return rear==front;
    }
    public void addQueue(int n){//加数据
        if (isFill()){
            System.out.println("队列满，不可加入");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear]=n;
    }
    public int outQueue(){//取数据
        if (isEmpty()){
            //通过抛出异常处理
            throw new RuntimeException("对不起队列为空，无法取出");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }
    public void showQueue(){//显示队列的所有数据
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空");
            return;
        }
        for (int a:arr){
            System.out.printf("%d\t",a);
            System.out.println();
        }
    }
    public int headQueue(){//显示头部数据，不是取数据
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front+1];
    }
}
​

 

 

但是上述方法对于数组而言是“一次性的”，下面为数组模拟的环形队列

环形队列

通过取模的方式进行实现

分析：

• front的含义做出调整使其表示队列的第一个元素，rear表示最后一个元素的后一个元素，希望空出一个空间作为约定(思路有很多)

• 尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即队列容量空出一个作为约定，这个在做判断队列满的时候需要注意(rear+1)%maxSize==font 满 (注意这种算法，在rear这个位置是空的，不然没办法判断满，rear与front初始值都为零)

• rear==font 空

• 数组长度是maxSize实际的有效长度是maxsize-1

• 队列中有效数字的个数(rear+maxSize-front)%maxSize

 

import java.util.Scanner;
​
public class circleArry {
    public static void main(String args[]){
        cilcleArryQueue arryQueue = new cilcleArryQueue(3);
        char key=' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loob=true;
        //创建一个菜单
        while (loob){
            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("o(out):取出数据");
            System.out.println("h(head):查看头数据");
            key=scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    arryQueue.showQueue();
                    break;
                case 'e':
                    loob=false;
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入要加入的数据：");
                    int n=scanner.nextInt();
                    arryQueue.addQueue(n);
                    break;
                case 'o':
                    System.out.println(arryQueue.outQueue());
                    break;
                case 'h':
                    System.out.println(arryQueue.headQueue());
                    break;
            }
        }
​
    }
}
class cilcleArryQueue{
    int maxSize;//队列最大容量
    int front;//队列头
    int rear;//队列未
    int[] arr;//模拟队列
    //创建队列的构造器
    public cilcleArryQueue(int maxSize){
        this.maxSize=maxSize;
        this.arr=new int[maxSize];
        this.front=0;//指向队列头部,指向头部的前一个位置
        this.rear=0;//指向队列未,指向队列未就是最后一个数字
    }
    public boolean isFill(){//判断是否满
        return (rear+1)%maxSize==front;
    }
    public boolean isEmpty(){//判断是否是空
        return rear==front;
    }
    public void addQueue(int n){//加数据
        if (isFill()){
            System.out.println("队列满，不可加入");
            return;
        }
        arr[rear]=n;
        rear=(rear+1)%maxSize;//rear本身指向最后一个数的后一个数，并且为了防止数组越界取余。
    }
    public int outQueue(){//取数据
        if (isEmpty()){
            //通过抛出异常处理
            throw new RuntimeException("对不起队列为空，无法取出");
        }
//        将数据临时保存在变量中，将front后移(考虑取模)，将临时变量返回。
        int temp=arr[front];
        front=(front+1)%maxSize;
        return temp;
    }
    public void showQueue(){//显示队列的所有数据
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空");
            return;
        }
        //被取的数据实际上还存在，所以不能将他们打印出来
        for (int i=front;i<front+(rear+maxSize-front)%maxSize;i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
            System.out.println();
        }
    }
    public int headQueue(){//显示头部数据，不是取数据
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front];
    }
}
​
​

理解最简单的方法是跟着代码流程画一遍图