数组模拟队列与环形队列

• 队列是一个有序列表，可以用【数组】或【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；后存入的要后取出。

数组模拟队列

思路分析

1. 示意图

   

   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上图, 其中 maxSize 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rear分别记录队列前后端的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear则是随着数据输入而改变。

2. 当我们将数据存入队列时称为 addQueue，需要两个步骤：

   1. 将尾指针往后移：rear+1 , 当front == rear 时，【队列空】
   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 时，【队列满】

代码实现

public class ArrayQueue {

    /**数组的最大容量**/
    private int maxSize;
    /**队列头**/
    private int front;
    /**队列尾**/
    private int rear;
    /**存放数据的数组, 模拟队列**/
    private int[] arr;
    /**记录队列的元素个数**/
    private int length ;


    /**
     * 创建队列的构造器
     * @param arrMaxSize
     */
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        //表示数组的最大容量
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        //指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置.
        front = -1;
        //指向队列尾，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据)
        rear = -1;
        //队列初始化时没有元素
        length = 0 ;
    }


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

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

    /**
     * 添加数据到队列
     * @param n
     */
    public void addQueue(int n) {
        // 判断队列是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列已满，不能加入数据~");
            return;
        }
        // 让rear后移
        rear++;
        arr[rear] = n;
        length++;
    }

    /**
     * 获取队列的数据, 出队列
     * @return
     */
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        // front后移
        front++;
        length--;
        return arr[front];

    }

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

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

    public int queueLength(){
        return length;
    }
}

缺点分析：目前的队列只能使用一次就不能用了，没有达到复用的效果。

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环形队列

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

思路分析

1. 分析说明

   • 尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将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 == front时，队列满。
   • rear == front时， 【队列空】。

2. 分析示意图：

代码实现

public class CircleArrayQueue {

    //数组的最大容量
    private int maxSize;
    //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指向队列的最后一个元素的后一个位置. 空出一个空间做为约定
    //rear的初始值=0
    private int rear;
    //存放数据的数组, 模拟队列
    private int[] arr;


    /
    public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    
    /**
     * 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;
    }

    /**
     * 添加数据到队列
     **/
    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;
    }

    /**
     * 获取队列的数据, 出队列
     **/
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        // 这里需要分析出 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
        // 2. 将 front 后移, 考虑取模
        // 3. 将临时保存的变量返回
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    /**
     * 显示队列的所有数据
     **/
    public void showQueue() {
        // 遍历
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空的，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]);
        }
    }

    /**
     * 求出当前队列有效数据的个数
     **/
    public int size() {
        // rear = 2
        // front = 1
        // maxSize = 3
        return (rear + maxSize - front) % 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("队列空的，没有数据~~");
        }
        return arr[front];
    }
    
}