一、前言
先回忆一下上一篇数组模拟的队列存在的问题。即队列仅能使用一次，即使队列中有空位也无法进队。那么为什么会出现这个问题呢，其实导致该队列仅能使用一次的原因是我们定义的判断队列满的条件有缺陷，导致了队列的假性溢出。那么如何来解决呢，这就需要用到数学手段从逻辑上将它改为环形队列，即将原来入队出队时的rear++和front++改为rear=(rear+1)%MaxSize和front=(front+1)%MaxSize这种循环进一。
二、环形队列四要素
- 队空条件：front = rear
- 队满条件：(rear+1)%MaxSize = front
- 进队e操作：rear = (rear+1)%MaxSize; 将e放在rear处
- 出队操作：front = (front+1)%MaxSize; 取出front处元素e
三、代码实现
import java.util.Scanner;
/**
* 环形队列
* @date 2021/10/14 9:46
*
* 备注：此demo仅使用int类型元素做环形队列的构建思路
*/
public class CircleArrayQueue {
private int maxSize; // 表示数组的最大容量
//front 变量的含义做一个调整： 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
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. 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
public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = 0;
rear = 0;
}
// 关键：判断队列是否满：tail 追上 head ：约定如下
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
// 判断队列是否为空：head 追上 tail
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("队列满，不能加入数据~");
return;
}
//直接将数据加入
arr[rear] = n;
//将 rear 后移, 这里必须考虑取模；当数据到了尾部时，它将转回到0位置来处理。这个转回操作通过取模来执行。
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()) {
// 通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
// 这里需要分析出 front是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; // 当数据到了尾部时，它将转回到0位置来处理。这个转回操作通过取模来执行。
return value;
}
// 显示队列的所有数据
public void showQueue() {
// 遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空的，没有数据~~");
return;
}
// 思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
// 动脑筋
for (int i = front; i < front + size() ; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
// 求出当前队列有效数据的个数
public int size() {
// rear = 2
// front = 1
// maxSize = 3
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];
}
public static void main(String[] args) {
//测试一把
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
// 创建一个环形队列
CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4); //说明设置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);//
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");
key = scanner.next().charAt(0);// 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
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.printf("取出的数据是%d\n", 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.printf("队列头的数据是%d\n", 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~~");
}
}