数组实现环形队列
实现:解决之前单向的问题，让数组达到复用的效果，即：当我们从数组队列中取出了数据，那取出数据后后这个空间可以再次使用
思路分析
首先对rear 和 front的含义做调整
- rear：指向队列最后一个元素的后一个位置 初始值为0
- front：指向队列的头一个元素 初始值为0
当 rear 指针指向maxSize - 1时，也就是rear = maxSize - 1时，需要判断rear的前面是否有空闲空间，也就说front是否产生了变化并且已经不在初始的那个位置了
说明：
1.rear指向的位置始终都是没有数据的，目的是预留一个位置作为约定
2.rear和front含义发生调整后，判断队列满的条件是( rear + 1 )% maxsize = front
举例：如上图 rear = 7，front = 0，maxSize =8时 （7+1）%8=0 此时队列满
解释：可以看出当rear跟front相邻时就是队列满的条件，如:
| rear | front | 状态 |
|---|---|---|
| 0 | 1 | 满 |
| 1 | 2 | 满 |
| 2 | 3 | 满 |
以此类推可以看出当rear + 1 = front时就可以说队列满，那为什么要%maxsize呢？
| rear | front | 状态 |
|---|---|---|
| 7 | 0 | 满 |
可以看到rear到达maxsize - 1 时rear + 1= front就不满足了，所以需要取模从而达到数组空间复用的效果
3.判断队列为空的条件是rear = front
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4.队列中有效数据的个数是(rear + maxsize - front) % maxsize
为什么要取模？答：因为是环形队列，rear有可能指到队列最前面。
打个比方,当rear = 0,maxsize = 4 ,front = 0时，该队列中有多少个有效的数据？
分析：（0 + 3 - 0）% 3 = 0，该队列中有效的数据个数为0个，因为rear = front ，则证明是空队列
代码实现
import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
//创建一个环形队列
CircleArray queue = new CircleArray(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);
//输出一个菜单
boolean loop = true;
while (loop){
System.out.println();
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):查看数据头数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数字");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int result = queue.getQueue();
System.out.println("取出的数据："+result);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int result = queue.headQueue();
System.out.println("队列头的数据是:"+result);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
}
}
System.out.println("程序退出！");
}
}
class CircleArray{
private int maxSize;//表示数组的最大容量
private int front;//队列头,初始值0 指向队列的第一个元素
private int rear;//队列尾，初始值0 指向最后一个元素的后一个位置
private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
public CircleArray(int arrMaxSize){
maxSize = arrMaxSize;
//初始化数组
arr = new int[maxSize];
front = 0;
rear = 0;
}
/**
* 判断是否满
*/
public boolean isFull(){
return (rear + 1)% maxSize == front;
}
/**
* 判断是否为空
*/
public boolean isEmpty(){
return rear == front;
}
/**
* 添加数据到队列
*/
public void addQueue(int n){
if(isFull()){
System.out.println("队列已满！");
return;
}
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(){
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
//front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;
}
/**
* 显示队列数据
*/
public void showQueue(){
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空");
return;
}
//从front开始遍历
for(int i = front ;i<front+getSize();i++){
System.out.println(arr[i%maxSize]);
}
}
/**
* 当前队列有效数据的个数
*/
public int getSize(){
return (rear + maxSize - front)% maxSize;
}
/**
* 显示队列的头数据 注意不是取数据
*/
public int headQueue(){
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front];
}
}
总结
- 环形队列判满条件：
（rear +1） % maxsize == front - 环形队列判空条件：
rear == front - 环形队列有效数据的个数
(rear + maxsize - front) % maxsize - 环形队列中rear的含义：指向队列中最后一个数据的前一个位置，因为要预留一个空间作为约定
- 环形队列中front的含义：指向队列头（即：队列中的第一个数据）