基本介绍
队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现，并且遵循先入先出的原则，即：先存入队列的数据要先去出来，后存入的要后取出。
数组模拟队列
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maxSize是该队列的最大容量；因为队列的输入输出分别是从前后端来处理的，因此需要两个变量 front 和 rear 分别记录队列前后端的下标，front会随着数据输入而改变，而rear则是随着数据的输入而改变，如下图
当我们将数据存入队列时称为"addQueue"，addQueue的处理需要两个步骤：
- 将尾指针往后移：rear + 1，当 front == rear
- 若尾指针rear小于队列的最大下表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。
定义一个用数组实现的队列
public class ArrayQueue {
private Integer maxSize;
private Integer front;
private Integer rear;
private int[] arr;
public ArrayQueue(Integer maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
this.arr = new int[maxSize];
this.front = -1;
this.rear = -1;
}
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
public boolean isEmpty() {
return rear.equals(front);
}
public void addQueue(int n) {
// 判断队列是否满了
if (isFull()) {
System.out.println("队列满了, 添加失败");
return;
}
rear++;
arr[rear] = n;
}
public Integer getQueue() {
// 判断队里是否空
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空, 不能取数据");
}
front++;
return arr[front];
}
public void showQueue() {
// 遍历数组
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d] = %dn", i, arr[i]);
}
}
public Integer headQueue() {
// 判断是否为空
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列没数据");
}
return arr[front + 1];
}
}
测试该类的使用
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建队列
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
char key = ' '; // 接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
// 输出菜单
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): 查看队列头的数据");
System.out.print("请输入: ");
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.print("请输入一个数: ");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
System.out.println("获取到队列数据: " + queue.getQueue());
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
System.out.println("获取到队列头数据: " + queue.headQueue());
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~~");
}
}
上面的数组队列实际上还是存在问题的，例如队列满了，并且其中的数据也取完了，是不能再次进行存入数据的，因此该数组队列没有达到复用的效果。我们可以通过一个算法，将它改造成一个环形的数组
数组模拟环形队列思路分析
1. front 变量的含义调整为：front就指向队列的第一个元素，即 arr[front]就是队列的第一个元素，front初始值为0
2. rear变量的含义调整为：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的初始值为0
3. 队列满的条件是：(rear + 1) % maxSize = front
4. 队列空的条件是：rear == front
5. 队列的有效数据个数是：(rear + maxSize - front) % maxSize
定义数组实现环形队列
public class CircleArrayQueue {
private Integer maxSize;
private Integer front;
private Integer rear;
private int[] arr;
public CircleArrayQueue(Integer maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
this.arr = new int[maxSize];
this.front = 0;
this.rear = 0;
}
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
public boolean isEmpty() {
return rear.equals(front);
}
public void addQueue(int n) {
// 判断队列是否满了
if (isFull()) {
System.out.println("队列满了, 添加失败");
return;
}
arr[rear] = n;
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
public Integer getQueue() {
// 判断队里是否空
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空, 不能取数据");
}
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
public void showQueue() {
// 遍历数组
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
return;
}
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d] = %dn", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
public Integer headQueue() {
// 判断是否为空
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列没数据");
}
return arr[front];
}
}
测试环形队列
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// 数组模拟环形队列
circleArrayQueueDemoTest();
}
public static void circleArrayQueueDemoTest() {
// 创建队列
CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(3);
char key = ' '; // 接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
// 输出菜单
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): 查看队列头的数据");
System.out.print("请输入: ");
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.print("请输入一个数: ");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
System.out.println("获取到队列数据: " + queue.getQueue());
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
System.out.println("获取到队列头数据: " + queue.headQueue());
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~~");
}
}
源码地址：https://gitee.com/peachtec/data-structure-and-algorithm/tree/master/src/com/hxz/dataStructure/queue
