队列

定义:

遵循先进先出,就是队列。可以想象为排队,先排队的人先办理业务。

  • 队列是一个有序列表。

  • 遵循先进先出的原则。即:先存入的数据先取出,后存入的数据后取出。

  • 示意:数组模拟:

img

队列本身是有序列表,如使用数组的结构来存储队列的数据,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,其中 maxSize是该队列的最大容量。如图所示。

用稀疏数组代替二维数组,第0行表示稀疏数组的总行,总列和所需内容的个数。

代码实现

package queue;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {

  public static void main(String[] args) {

    //测试
    System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");

    // 创建一个环形队列
    CircleArray queue = new CircleArray(4); //说明设置4, 其队列的有效数据最大是3
    char key = ' '; // 接收用户输入
    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): 查看队列头的数据");
      key = scanner.next().charAt(0);// 接收一个字符
      switch (key) {
        case 's':
          queue.showQueue();
          break;
        case 'a':
          System.out.println("输出一个数");
          int value = scanner.nextInt();
          queue.addQueue(value);
          break;
        case 'g': // 取出数据
          try {
            int res = queue.getQueue();
            System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
          } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
            System.out.println(e.getMessage());
          }
          break;
        case 'h': // 查看队列头的数据
          try {
            int res = queue.headQueue();
            System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
          } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
            System.out.println(e.getMessage());
          }
          break;
        case 'e': // 退出
          scanner.close();
          loop = false;
          break;
        default:
          break;
      }
    }
    System.out.println("程序退出~~");
  }

}


class CircleArray {
  private int maxSize; // 表示数组的最大容量
  //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. 因为希望空出一个空间做为约定.
  //rear 的初始值 = 0
  private int rear; // 队列尾
  private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列

  public CircleArray(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];
  }
}

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