数组模拟环形队列---环形插入与取出数据

思路分析:
约定：限制rear赶上front，即队尾结点与队首结点之间至少留有一个元素的空间，并且这个空间在不断的变化。不然空和满不能区分，或者用其他办法。
1.
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
2.
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，添加三个数后rear变成了3，然后判断是否满时又+1，从中空出了一个数据，可以用来和front变化
3.
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,
当队列满时，条件是(rear + 1) %maxSize=front [满]
4.
对队列为空的条件，rear = front空
5.
当我们这样分析，队列中有效的数据的个数(rear+maxSize-front)%maxSize
6.
我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列

package datastructures;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueue {

    public static void main(String[] args) {

        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);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        char key ;
        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");
            System.out.println("请输入指令：");
            key = scanner.next().charAt(0);// 接收一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    try {
                        queue.showQueue();
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    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.println("取出的数据是"+ 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.println("队列头的数据是"+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 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 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

    //构造函数，传入数组界限
    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("队列已满");
            return;
        } else {
            //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()){
                throw new RuntimeException("队列已空");
            }
            int value = arr[front];
            front=(front+1)%maxSize;
            return value;
    }

    // 显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列是空的");
        }
        // 遍历
        // 思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
        for (int i = front; i<front+size(); i++){
            System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+arr[i%maxSize]);
        }
    }

    // 求出当前队列有效数据的个数
    public int size() {
        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];
    }
}