Java队列篇之实现数组模拟队列及可复用环形队列详解

Java队列篇之实现数组模拟队列及可复用环形队列详解

队列简介

队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。

遵循先入先出的原则。即先存入队列的数据，先取出，后存入的后取出。

示意图：(使用数组模拟队列示意图)

有两个分别指向头部和尾部的“指针”。

数组模拟队列（无法复用）

1、实现思路

队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图，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，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则是随着数据输入而改变，如图所示：

当我们将数据存入队列时称为addQueue，addQueue的处理需要有两个步骤：

①将尾指针往后移。

②若尾指针rear小于队列的最大下标maxSize-1，则将数据存入rear 所指的数组元素中，否则无法存入数据。

rear+1当front== rear[空]

rear==maxSize-1[队列满]

2、代码实现

①数组实现队列类

class ArrQueue {

private int maxSize; //队列（数组）最大容量

private int front; //指向队列头部

private int rear; //指向队列尾部

private int[] queue;

//创造队列的构造器

public ArrQueue(int maxSize){

this.maxSize = maxSize;

queue = new int[maxSize];

front = -1; //其实是队列第一个元素的前一个索引

rear = -1; //最后一个元素的索引

}

//判断是否满

public boolean isFull(){

return rear == maxSize - 1;

}

//判断是否空

public boolean isEmpty(){

return front == rear;

}

//添加元素

public void addQueue(int n){

if (isFull()){

System.out.println("队列已经满了，无法添加！");

return;

}else {

rear++;

queue[rear] = n;

}

}

//取出元素

public int getQueue(){

if (isEmpty()){

throw new RuntimeException("队列为空，无元素可取！");

}else {

front++;

return queue[front];

}

}

//显示队列

public void showQueue(){

if (isEmpty()){

System.out.println("队列为空，没有元素可显示！");

return;

}

for (int i : queue){

System.out.println(i);

}

}

//显示头数据

public void headQueue(){

if (isEmpty()){

throw new RuntimeException("队列为空，没有头数据！");

}

int i = front;

System.out.println(queue[++i]);

}

}

②测试类

import java.util.Scanner;

/**

* @Author: Yeman

* @Date: 2021-10-11-22:02

* @Description:

*/

public class ArrayQueueTest {

public static void main(String[] args) {

//创建一个队列

ArrQueue arrQueue = new ArrQueue(3);

//创建一个用户输入

Scanner scanner = new Scanner(System.in);

//创建一个功能菜单

char key = ' ';

WkQDl boolean isShow = true;

while (isShow){

System.out.println("s:显示队列");

System.out.println("a:添加数据");

System.out.println("g:取出数据");

System.out.println("h:显示头数据");

System.out.println("e:退出程序");

key = scanner.next().charAt(0);

switch (key){

case 's' :

arrQueue.showQueue();

break;

case 'a' :

System.out.println("请输入一个数：");

int value = scanner.nextInt();

arrQueue.addQueue(value);

break;http://

case 'g' :

try {

System.out.println(arrQueue.getQueue());

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

break;

case 'h' :

try {

arrQueue.headQueue();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

break;

case 'e' :

isShow = false;

break;

}

}

System.out.println("程序退出...");

}

}

数组模拟环形队列（可复用）

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组。将数组看做是一个环形的，即取出之后，有位置可以空出来添加。(通过取模的方式来实现即可)

分析说明:

①尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定。在作判断队列满的时候需要注意(rear+ 1) % maxSize== front [满]

②rear == front [空]

1、思路如下:

①front 变量的含义调整：front 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的初始值为0。

②rear 变量的含义调整：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。

③当队列满时，条件是(rear + 1) % maxSize == front [满]

④对队列为空的条件是rear== front[空]

⑤当我们这样分析，队列中有效的数据的个数(rear + maxSize - front) % maxSize

⑥我们就可以在原来的队列上修改得到一个环形队列

2、代码实现

①数组实现环形队列类

class ArrQueue {

private int maxSize; //队列（数组）最大容量

private int front; //指向队列头部，队列第一个元素的索引

private int rear; //指向队列尾部，队列最后一个元素的后一个索引

private int[] queue;

//创造队列的构造器

public ArrQueue(int maxSize){

this.maxSize = maxSize;

queue = new int[maxSize];

}

//判断是否满

public boolean isFull(){

return (rear + 1) % maxSize == front;

}

//判断是否空

public boolean isEmpty(){

return front == rear;

}

//添加元素

public void addQueue(int n){

if (isFull()){

System.out.println("队列已经满了，无法添加！");

return;

}else {

queue[rear] = n;

rear = (rear + 1) % maxSize;

}

}

//取出元素

public int getQueue(){

if (isEmpty()){

throw new RuntimeException("队列为空，无元素可取！");

}else {

int data = queue[front];

front = (front + 1) % maxSize;

return data;

}

}

//显示队列

public void showQueue(){

if (isEmpty()){

System.out.println("队列为空，没有元素可显示！");

return;

}

for (int i = front; i < front + size(); i++) {

System.out.printf("arr[%d] = %d\n",i % maxSize,queue[i % maxSize]);

}

}

//求当前队列有效数据个数

public int size(){

return (rear + maxSize - front) % maxSize;

}

//显示头数据

public void headQueue(){

if (isEmpty()){

throw new RuntimeException("队列为空，没有头数据！");

}

System.out.println(queue[front]);

}

}

②测试类

import java.util.Scanner;

/**

* @Author: Yeman

* @Date: 2021-10-11-22:02

* @Description:

*/

public class ArrayQueueTest {

public static void main(String[] args) {

//创建一个队列

ArrQueue arrQueue = new ArrQueue(3); //说明该环形队列的最大有效数据为2

//创建一个用户输入

Scanner scanner = new Scanner(System.in);

//创建一个功能菜单

char key = ' ';

boolean isShow = true;

while (isShow){

System.out.println("s:显示队列");

System.out.println("a:添加数据");

System.out.println("g:取出数据");

System.out.println("h:显示头数据");

System.out.println("e:退出程序");

key = scanner.next().charAt(0);

switch (key){

case 's' :

arrQueue.showQueue();

break;

case 'a' :

System.out.println("请输入一个数：");

int value = scanner.nextInt();

arrQueue.addQueue(value);

break;

case 'g' :

try {

System.out.println(arrQueue.getQueue());

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

break;

case 'h' :

try {

arrQueue.headQueue();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

break;

case 'e' :

isShow = false;

break;

}

}

System.out.println("程序退出...");

}

}

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。