数据结构:队列

  队列是一个有序列表,可以用数组或链表实现.

  遵循先入先出的原则。即，先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出。

  队列本身是有序链表,若使用数组的结构来存入队列的数据，则队列数组的声明如下,其中maxSize是该队列的最大容量。

  因为队列的输出，输入是分别从前后端来处理的。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则随着数据输入而改变。

  

 数组实现队列

package com.queue;

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {
	public static void main(String[] args){
		
		ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
		char key = ' '; // 接受用户输入
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		boolean loop = true;
		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):查看队列头部数据");
			key = scanner.next().charAt(0);
			switch(key){
				case 's':
					arrayQueue.showQueue();
					break;
				case 'a':
					System.out.println("请输入一个数:");
					int value = scanner.nextInt();
					arrayQueue.addQueue(value);
					break;
				case 'g': // 取出数据
					try{
						int res = arrayQueue.getQueue();
						System.out.printf("取出的数据是:%d\n",res);
					}catch(Exception e){
						System.out.println(e.getMessage());
					}
					break;
				case 'h': // 查看队列的头部
					try{
						int head = arrayQueue.headQueue();
						System.out.printf("队列的头部数据是:%d\n",head);
					}catch(Exception e){
						System.out.println(e.getMessage());
					}
					break;
				case 'e':
					scanner.close();
					loop = false;
					break;
				default:
					break;
			}
		}
		
		System.out.println("程序退出....");
		
	}
}

// 使用数组模拟队列, 编写一个ArrayQueue类
class ArrayQueue{
	private int maxSize; // 表示数组的最大容量
	private int front;   // 队列头
	private int rear;    // 队列尾
	private int[] arr;   // 该数组用于存取数据，模拟队列
	
	// 创建队列的构造器
	public ArrayQueue(int maxSize){
		this.maxSize = maxSize;
		arr = new int[maxSize];
		front = -1;  // 指向队列头部,不包含队列头,也就是指向队列中第一个元素的前一个位置
 		rear = -1;   // 指向队列尾,包含队列尾
	}
	
	// 判断队列是否满
	public boolean isFull(){
		return rear == maxSize - 1;
	}
	
	// 判断队列是否为空
	public boolean isEmpty(){
		return rear == front;
	}
	
	// 添加数据到队列-- 入队列
	public void addQueue(int n){
		// 判断队列是否满
		if(isFull()){
			System.out.println("队列已满,不能再加入数据");
			return;
		}
		
		rear++; // 让rear后移
		arr[rear] = n;
	}
	
	// 出队列
	public int getQueue(){
		// 判断队列是否空
		if(isEmpty()){
			// 抛出异常
			throw new RuntimeException("队列为空,不能取数");
		}
		
		front++; // front后移
		return arr[front];
	}
	
	// 显示队列的所有数据
	public void showQueue(){
		if(isEmpty()){
			System.out.println("队列为空");
			return;
		}
		for(int i = 0; i<arr.length; i++){
			System.out.printf("%d\n", arr[i]);
		}
	}
	
	public int headQueue(){
		if(isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列为空,,,");
		}
		
		return arr[front+1];
	}
}

优化: 数组模拟环形队列

   front变量的含义做一个调整:front数指向队列的第一个元素，也就是说arr[front]数是队列的第一个元素。 front = 0

   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。这样可以空出一个空间做为约定。rear = 0

   当队列满时, 条件是 (rear+1)%maxSize == front

   当队列空时,条件是 rear == front

   队列中的个数: (rear + maxSize - front)%maxSize

package com.queue;

import java.util.Scanner;

public class CircleQueueArrayDemo {
	public static void main(String[] args){
		System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~");
		
		CircleArray circleQueue = new CircleArray(4); // 设置maxSize=4, 那么队列的有效数据最大是3
		char key = ' '; // 接受用户输入
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		boolean loop = true;
		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):查看队列头部数据");
			key = scanner.next().charAt(0);
			switch(key){
				case 's':
					circleQueue.showQueue();
					break;
				case 'a':
					System.out.println("请输入一个数:");
					int value = scanner.nextInt();
					circleQueue.addQueue(value);
					break;
				case 'g': // 取出数据
					try{
						int res = circleQueue.getQueue();
						System.out.printf("取出的数据是:%d\n",res);
					}catch(Exception e){
						System.out.println(e.getMessage());
					}
					break;
				case 'h': // 查看队列的头部
					try{
						int head = circleQueue.headQueue();
						System.out.printf("队列的头部数据是:%d\n",head);
					}catch(Exception e){
						System.out.println(e.getMessage());
					}
					break;
				case 'e':
					scanner.close();
					loop = false;
					break;
				default:
					break;
			}
		}
		
		System.out.println("程序退出....");
	}
}

//使用数组模拟队列, 编写一个ArrayQueue类
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数指向队列的第一个元素，也就是说arr[front]数是队列的第一个元素。 front = 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。这样可以空出一个空间做为约定。rear = 0
	private int rear;
	private int[] arr;   // 该数组用于存取数据，模拟队列
	
	public CircleArray(int maxSize){
		this.maxSize = maxSize;
		front = 0;
		rear = 0;
		arr = new int[maxSize];
	}
	
	// 队列是否已满
	public boolean isFull(){
		return (rear + 1)%maxSize == front;
	}
	
	// 队列是否为空
	public boolean isEmpty(){
		return front == rear;
	}
	
	// 添加数据到队列-- 入队列
	public void addQueue(int n){
		// 判断队列是否满
		if(isFull()){
			System.out.println("队列已满,不能再加入数据");
			return;
		}
		
		arr[rear] = n; // 直接将数据加入队列
		rear = (rear + 1)%maxSize; // 让rear后移,指向队列最后一个元素的下一个空间
	}
	
	// 出队列
	public int getQueue(){
		// 判断队列是否空
		if(isEmpty()){
			// 抛出异常
			throw new RuntimeException("队列为空,不能取数");
		}
		
		// 1.先把front对应的值保留到一个临时变量
		int res = arr[front];
		// 2.front后移
		front = (front + 1)%maxSize;
		// 3.将临时保存的变量值返回
		return res;
	}
	
	// 显示队列的所有数据
	public void showQueue(){
		if(isEmpty()){
			System.out.println("队列为空");
			return;
		}
		// (rear+maxSize-front)%maxSize 为队列元素的总个数
		for(int i = 0; i<(rear+maxSize-front)%maxSize; i++){
			System.out.printf("a[%d]=%d\n", (front+i)%maxSize,arr[(front+i)%maxSize]);
		}
	}
	
	// 显示队列的第一个元素
	public int headQueue(){
		if(isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列为空,,,");
		}
		
		return arr[front];
	}
}