【小白学算法】3. 队列

一、什么是队列

• 队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现。
• 遵循先入先出的原则，即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的的数据，后取出。

看一张队列的模拟图，1，2，3表示同一个队列Queue。
在队列中有2个指针，front表示队首，rear表示队尾。

1. 图1中表示队列里还没有数据，所以front跟rear初始化都是-1。
2. 当图2中有数据进行存入的时候，front没变，而rear则随着数据的增多而改变。存入了4个数据，于是rear=3。
3. 再看图3，front变成了2，rear没有变化，因为前面的2个数据被依次先取出，所以队首就变成了2。
   这就是队列的“先进先出”了。

二、用数组来模拟队列

思路也比较简单，因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量front以及rear分别记录队列的
前后端下标。front会随着数据输出而改变，而rear则是随着数据的输入而改变。

package sparsearray;

import java.util.Scanner;

public class MyArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个队列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' '; //接受用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        // 输出一个菜单
        while (loop) {
            System.out.println("s(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): 显示队首的数据");
            key = scanner.next().charAt(0); // 接收一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请要添加的数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是：%d", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int headValue = arrayQueue.showHeadQueue();
                        System.out.printf("队首数据是：%d", headValue);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
            }
        }
        System.out.println("退出程序");
    }
}

// 把队列抽象成一个类，ArrayQueue
class ArrayQueue {
    //表示数组最大容量
    private int maxSize;
    // 队列头
    private int front;
    // 队列尾
    private int rear;
    // 用于存放数据的数组
    private int[] arr;

    // 构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; // 指向队首的前一个位置
        rear = -1; // 指向队列尾部，包括队列最后的这个数据
    }

    // 判断队列是否已经存满
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1; // 注意这里的 maxSize-1 为什么要减1
    }

    // 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 num) {
        // 判断队列是否满了
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列已满，不可加入数据");
            return;
        }
        rear++; // 让rear后移
        arr[rear] = num;
    }

    // 拿出队列数据
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不可取数据");
        }
        front++; // front后移
        return arr[front];
    }

    // 显示队列所有数据
    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]);
        }

    }

    // 显示队里的队首数据
    public int showHeadQueue() {
        if (isEmpty()) {
            // 抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不可取数据");
        }
        return arr[front + 1]; // 注意这里为甚么要+1，因为指向队首的前一个位置
    }
}

可以用代码分别的进行各项操作，看起来似乎没问题。
但是，实际是有问题。
这里创建的数组使用一次就不能接着用了，比如把数据取完后，再往里加数据就不行了。

所以要对其进行优化，使用算法，将其改成一个环形队列。
下一章继续。