一、队列介绍
队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现。
遵循先入先出的原则。即先存入队列的数据要先取出，后存入队列的数据要后取出。
-
队列示意图(使用数组模拟)
-
应用场景：银行挂号系统。
当有一个服务台的业务员为一个客户服务完毕后，就会依次叫号。
二、数组模拟队列
数组模拟队列思路分析
设计队列时，maxSize为队列最大容量；由于队列是数据后端进前端出，所以使用两个变量front、rear分别标记队列的前端和后端；假设将数据存入队列称为addQueue，当队列不满时才可以向队列中添加数据；当队列不空时才可以从队列取值。①队空：front==rear；②队满：rear==maxSize-1；
front指向的是队列头的前一个位置，即队列第一个元素为arr[front+1]
rear执行队列的最后一个元素，即队列最后一个元素为arr[rear]
代码实现
package com.gql.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* 数组模拟队列 Version1
*
* @guoqianliang
*/
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建队列
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
char key = ' ';
Scanner in = new Scanner(System.in);
boolean flag = true;
System.out.println("s(show):显示队列");
System.out.println("e(exit):退出队列");
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):取出队列头数据");
System.out.println("-----------------------");
while (flag) {
key = in.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':// 打印队列
queue.showQueue();
break;
case 'a':// 添加数据
System.out.println("请输入要添加的数据:");
int value = in.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':// 取出数据
try {
int result = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':// 取队列头数据
try {
int result = queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':// 退出
in.close();
flag = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序已退出~");
}
}
//使用数组模拟队列
class ArrayQueue {
private int maxSize;// 数组的最大容量
private int front;// 队头
private int rear;// 队尾
private int[] arr;// arr数组模拟队列
// 创建队列
public ArrayQueue(int arrmaxSize) {
maxSize = arrmaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;// 指向队列头的前一个位置
rear = -1;// 指向队列尾的位置
}
// 判断队满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
// 判断队空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
// 后端入队列--->队列不能满
public void addQueue(int n) {// 参数n代表要添加的数据
if (isFull()) {
System.out.println("队列满,不能存入数据~");
} else {
rear++;// 尾指针后移
arr[rear] = n;// 将要添加的数据放入队尾
}
}
// 前端出队列--->队列不能空
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空,不能获得数据~");
}
front++;// 头指针后移
return arr[front];
}
// 打印队列的所有数据
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空,没有数据~");
} else {
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
}
// 显示队头数据,仅显示
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空,不能显示队头数据~");
}
return arr[front + 1];
}
}
上面的代码的缺点是只能使用一次，无法复用，如果希望多次使用应该使用下面的环形队列。
三、数组模拟环形队列
数组模拟环形队列思路分析
对front的含义做调整：使front指向队列第一个元素，即队列第一个元素为arr[front]。front的初始值置为0。
对rear的含义做调整：使rear指向队列的最后一个元素的后一个位置，即队列最后一个元素为arr[rear-1]。rear的初始值置为0。
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rear+1是为了预留一个空间来做约定，区分队列满和队列空两种状态，如果不空出来，判断满和判断空时的条件就一样了。
队空的条件：rear == front。
队满的条件改变了：之前不使用环形队列时，队满的条件是：rear ==maxSize-1；现在使用了环形队列，队满的条件变成了：(rear + 1 - front)%maxSize == 0。
队列中有效的数据个数为：(rear+maxSize-front)%maxSize，如图即：(6+7-0)%7==6
代码实现
package com.gql.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* 数组模拟队列 Version2
*
* @guoqianliang
*/
public class CircularQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// 1.创建队列
CircularQueue queue = new CircularQueue(4);// 队列有效数据为3
char key = ' ';
Scanner in = new Scanner(System.in);
boolean flag = true;
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~");
System.out.println("s(show):显示队列");
System.out.println("e(exit):退出队列");
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):显示队列头数据");
System.out.println("-----------------------");
while (flag) {
key = in.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':// 打印队列
queue.showQueue();
break;
case 'a':// 添加数据
System.out.println("请输入要添加的数据:");
int value = in.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':// 取出数据
try {
int result = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':// 取队列头数据
try {
int result = queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", result);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':// 退出
in.close();
flag = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序已退出~");
}
}
//使用数组模拟队列
class CircularQueue {
private int maxSize;// 数组的最大容量
private int front;// 队头
private int rear;// 队尾
private int[] arr;// arr数组模拟队列
// 创建队列
public CircularQueue(int arrmaxSize) {
maxSize = arrmaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = 0;//
rear = 0;// front和rear的初始值都置为0
}
// 判断队满
public boolean isFull() {
return (rear + 1 - front) % maxSize == 0;
}
// 判断队空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
// 后端入队列--->队列不能满
public void addQueue(int n) {// 参数n代表要添加的数据
if (isFull()) {
System.out.println("队列满,不能存入数据~");
} else {
arr[rear] = n;// 直接将要添加的数据放入队尾
rear = (rear + 1) % maxSize;// 尾指针后移
}
}
// 前端出队列--->队列不能空
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空,不能获得数据~");
}
// 1.先把front对应的值保存到一个临时变量
int value = arr[front];
// 2.再将front后移，考虑取模
front = (front + 1) % maxSize;
// 3.将临时保存的变量返回
return value;
}
// 打印队列的所有数据
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空,没有数据~");
} else {
// 从front开始遍历，
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
}
// 返回当前队列有效的数据个数
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
// 显示队头数据,仅显示
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空,不能显示队头数据~");
}
return arr[front];
}
}
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