环形数组模拟：优化后的Java队列实现-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/zl295871597/article/details/126167229

介绍

1.队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。

2.遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出

3.示意图：（使用数组模拟队列示意图）

数组模拟队列思路

队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图，其中maxSiz是该队列的最大容量。

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及rar分别记录队列前后端的下标，font会随着数据输出而改变，而rear则是随着数据输入而改变，如图所示：

数组模拟线性队列

当我们将数据存入队列时称为”addQueue”,addQueue的处理需要有两个步骤

l.将尾指针往后移

rear+1,当font=rear【空】

2.若尾指针rear小于队列的最大下标maxSize-1,则将数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。

rear==maxSize-1【队列满】

import java.util.Scanner;

public class Queue {
    public static void main(String[] args) {
        /*创建一个队列*/
        ArrayQueue arrQueue = new ArrayQueue(3);
        /*接收用户输入*/
        char key = ' ';
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        /*输出一个菜单*/
        while (loop) {
            System.out.println("s(show)\t");
            System.out.println("e(exit)\t");
            System.out.println("a(add)\t");
            System.out.println("g(get)\t");
            System.out.println("h(head)\t");
            key = sc.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    arrQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.print("please input:>");
                    int value = sc.nextInt();
                    arrQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrQueue.getQueue();
                        System.out.printf("you get %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = arrQueue.headQueue();
                        System.out.printf("the head is %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    sc.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
            System.out.println("程序结束");
        }
    }
}

/*使用数组模拟队列，编写一个ArrayQueue类*/
class ArrayQueue {
    /**
     * 最大容量
     */
    private int maxSize;
    /**
     * 队头与队尾
     */
    private int front;
    private int rear;
    /**
     * 存放数据，模拟队列
     */
    private int[] arr;

    /**
     * 创建队列的构造器
     */
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[arrMaxSize];
        /*指向队列头部的前一个位置*/
        front = -1;
        /*指向队列尾部的数据(队列最后一个数据)*/
        rear = -1;
    }

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

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

    /**
     * 添加数据到队列
     */
    public void addQueue(int n) {
        /*判断是否满*/
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列已满");
        }
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }

    /**
     * 获取队列数据
     */
    public int getQueue() {
        /*判断是否为空*/
        if (isEmpty()) {
            /*抛出异常*/
            throw new RuntimeException("队列空");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

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

    /*显示队列头数据*/
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            /*抛出异常*/
            throw new RuntimeException("队列空");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

问题分析及优化

1.数组用了一次就不能用了，复用性差

2.使用算法改为一个环形的队列，取模，%

数组模拟环形队列

大部分同上，但对于上述方法做了一定的优化

思路

1.front指向队列第一个元素，即队列第一个元素为arr[front]

front初始值=0

2.rear指向队列的最后一个元素的后一个位置---留出一个空间做约定判定为空的约定，若不留空间，则可能会导致rear=front=0判定为满

rear初始值=0

3.当队列满时，条件为 (rear+1)%maxSize=front【满】

4.对列为空的条件，rear==front【空】

5.有效数据个数(rear+maxSize-front)%maxSize

6.可直接在原本代码中修改然后得到环形队列

import java.util.Scanner;

public class CircleQueue {
    public static void main(String[] args) {
        /*创建一个队列*/
        CircleArrayQueue arrQueue = new CircleArrayQueue(4);
        /*接收用户输入*/
        char key = ' ';
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        /*输出一个菜单*/
        while (loop) {
            System.out.println("s(show)\t");
            System.out.println("e(exit)\t");
            System.out.println("a(add)\t");
            System.out.println("g(get)\t");
            System.out.println("h(head)\t");
            key = sc.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    arrQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.print("please input:>");
                    int value = sc.nextInt();
                    arrQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrQueue.getQueue();
                        System.out.printf("you get %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = arrQueue.headQueue();
                        System.out.printf("the head is %d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    sc.close();
                    loop = false;
                    System.out.println("程序结束");
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }

    static class CircleArrayQueue {
        /**
         * 最大容量
         */
        private int maxSize;
        /**
         * 队头与队尾
         */
        private int front;
        private int rear;
        /**
         * 存放数据，模拟队列
         */
        private int[] arr;

        /**
         * 创建队列的构造器
         */
        public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
            maxSize = arrMaxSize;
            arr = new int[arrMaxSize];
            /*指向队列头部的前一个位置*/
            front = 0;
            /*指向队列尾部的数据(队列最后一个数据)*/
            rear = 0;
        }

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

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

        /**
         * 添加数据到队列
         */
        public void addQueue(int n) {
            /*判断是否满*/
            if (isFull()) {
                System.out.println("队列已满");
                return;
            }
            arr[rear] = n;
            rear = (rear + 1) % maxSize;
        }

        /**
         * 获取队列数据
         */
        public int getQueue() {
            /*判断是否为空*/
            if (isEmpty()) {
                /*抛出异常*/
                throw new RuntimeException("队列空");
            }
            front++;
            /*1.先把front对应的值保留到一个临时变量
             * 2.将front后移，考虑取模
             *3.将临时存储变量返回
             */
            int value = arr[front];
            front = (front + 1) % maxSize;
            return value;
        }

        /**
         * 显示队列所有数据
         */
        public void showQueue() {
            if (isEmpty()) {
                System.out.println("队列空");
                return;
            }
            /*
             *应该从front开始遍历,并且大小应该为有效数据个数，i也应取模后得到真实下标
             */
            for (int i = front; i < front + size(); i++) {
                System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i]);
            }
        }

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

        /*显示队列头数据*/
        public int headQueue() {
            if (isEmpty()) {
                /*抛出异常*/
                throw new RuntimeException("队列空");
            }
            return arr[front];
        }
    }
}