Java数据结构Day3--用数组实现环形队列(实现复用性)

更新的晚了,这两天实时数仓已经开始着手了,代码量就不用提了,忙里偷闲.但是确实一点闲也没有,但是就凭着年轻,要挑战不可能.

环形队列

看了Day2的同学们肯定已经发现了,这个数组来实现的队列好像没有复用性,我出队了,但是也无法添加了.这次我们就来进行一个优化

首先,我先把进行的优化的内容写出来,然后再来分析为什么这么去做

1. front由原来指向第一个元素的前一个位置 改为 front指向第一个元素的位置(往后移了一个位置)

2. rear由原来指向最后一个元素的位置 改为 rear指向最后一个元素的后一个位置(往后移了一个位置)

3.front和rear的初始值都为0(原本都是-1)

所以,整体来看,我们把全部的指针都向后移了一格,然后,我们在数组中定义一个空位

现在来详细解释一下:

原来我们的结构是这样子的

 改进之后,我们的结构变成了这个样子↓

改进了之后,我们的空位上将不保存数据

注意:空位的位置是不固定的.例如下图

 有小伙伴就要问了?那为什么要个空位呢?我就用rear表示最后一个元素,像下图这样,不可以吗?

那如果按照上面这张图,你应该怎么判断该队列为空的状态呢?
按照常理,我们应该是认为rear和front重合时,队列为空.但是很明显,上图当rear和front重合时,就像下图一样,似乎就没那么好判断了吧

其实这个用数组实现环形队列有很多种方法,不一定是要留出一个空位,但是留出这个空位方便理解. 

哪方便理解了?我咋一点也看不懂?

 判断环形队列满:

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

由之前的设计可知,空位正常情况下在rear指针的后一个位置,但是当队列满时,rear就指向空位

所以上面的公式 rear + 1在取模后,可以与front指针相等,以表示队列满.如下图

其他的方法,只要注意对maxSize的取模,就可以了.没有其他的难点.

对了对了,会多一个size()方法,来判断队列中有效元素

    //求出当前队列有效数据的个数
    public int size() {
        return (rear - front) % maxSize;
    }

由题可知,rear = 最后一个元素位置 + 1
front = 最前一个元素位置
因为数组下标从0开始,即有效个数为         (最后一个元素位置 - 最前一个元素位置 + 1) % maxSize

整体代码

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(3);
        char key = ' ';//用来接收用户传入的指令
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true;
        while (flag){
            System.out.println("=====1.显示队列=====");
            System.out.println("=====2.退出程序=====");
            System.out.println("=====3.添加数据到队列=====");
            System.out.println("=====4.从队列中取出数据=====");
            System.out.println("=====5.查看队列头的数据=====");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key){
                case '1':
                    try {
                        queue.showQueue();
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println("队列为空");
                    }
                    break;
                case '2':
                    flag = false;
                    break;
                case '3':
                    System.out.println("=====请输入想要添加的数=====");
                    int i = scanner.nextInt();
                    try {
                        queue.addQueue(i);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println("队列已满,无法执行");
                    }
                    break;
                case '4':
                    try {
                        int result = queue.getQueue();
                        System.out.println("====已取出数字 " + result + " ====");
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println("队列为空,无法取出");
                    }
                    break;
                case '5':
                    System.out.println("====目前队列头的数据为 " + queue.headQueue() + " ====");
                    break;
                default:
                    System.out.println("请输入正确的指令");
            }
        }
    }
}

//使用数组模拟队列--编写一个ArrayQueue队列
class CircleArrayQueue{
    private int maxSize; // 表示数组的最大容量
    private int front; // 指向队列的第一个元素(原本指向的是第一个元素的前面一个位置)
    private int rear; // 指向队列的最后一个元素的后面一个位置(原本指向的是最后一个元素)
    //所以可以发现,在这样子修改(头尾指针都向后移了一个位置)之后,我们可以空出一个位置
    private int[] arr; //该数据用于存放数据,模拟队列
    //创建队列的构造器
    public CircleArrayQueue(int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0;  //指向第一个元素
        rear = 0; //指向最后一个元素的最后一个位置
    }
    //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){
        if (!isFull()){
            //直接将数据加入
            arr[rear] = n;
            //将rear后移,必须考虑取模(因为如果无穷尽的后移,添加数据时会越界)
            rear = (rear + 1) % maxSize;
        }else{
            throw new RuntimeException("sorry , the queue is full");
        }
    }
    //获取队列的数据,出队列
    public int getQueue(){
        if (!isEmpty()){
            //不要忘记现在的front是指向队列的第一个元素
            int i = arr[front];
            front = (front + 1) % maxSize;
            return i;
        }else{
            throw new RuntimeException("sorry,there is no element can be gotten");
        }
    }
    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("the queue is empty");
            throw new RuntimeException("sorry,there is no element can be shown");
        }else{
            for (int i = front; i < front + size(); i++) {
                System.out.printf("arr[%d]=%d",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
                System.out.println();
            }
        }
    }
    //显示队列的头数据
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("the queue is empty");
            throw new RuntimeException("sorry,there is no element can be shown");
        }else{
            return arr[front];
        }
    }
    //求出当前队列有效数据的个数
    public int size() {
        return (rear - front) % maxSize;
    }
}