队列介绍
- 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，要先取出。后存入的要后取出;
-
示意图：(使用数组模拟队列示意图);
数组模拟队列思路
- 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;
- 当我们将数据存入队列时称为”addQueue”，addQueue的处理如下：
思路分析
- front 变量的含义：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 = 0；
- rear 变量的含义：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置，希望空出一个空间做约定，rear 的初始值 = 0；
- 当队列满时，条件是(rear + 1)% maxSize == front ；
- 当队列为空时，条件是 rear == front ;
- 我们可以这样分析，队列中有效数据的个数(rear + maxSize - front)%maxSize // 如： maxSize = 8 ,rear =3 ,front = 5 有效个数为：6
- 理解{%}运算 它是一个神奇的运算，它是一个哈希运算因为取模【%】操作可以把任意数压缩到一定区间内比如，你想知道一年中第 122 天是星期几，那么你就用【121%7】，结果为二。诸如此类。
就拿这个例子里的maxsize = 8 来说， 一定会有（任意数 % 8）的结果小于8 也就是说，任意数对8取模【%】相当于把任意数固定在大于0，小于8的范围内在这个等式中【(rear+1) % maxsize == front】- 当rear没有指向数组最后一个元素时，也就是当【rear < maxsize - 1】的时候【rear + 1】就等于【(rear+1) % maxSize】也就是此时取模【%】运算相当于白给，不信你算算
- 但是当rear指向了数组最后一个元素时，rear + 1必定会越界，此时取模【%】的作用就发挥出来了，因为取模，使得任意大于8的数得到的结果只能小于8既然超了，那就从头开始吧！
代码实现
package com.daley.circularqueue;
import java.util.Scanner;
public class CircularQueue {
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
CircularArray queue = new CircularArray(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) {
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) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e': // 退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
class CircularArray {
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 CircularArray(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
}
// 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) {
// 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
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;
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() {
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];
}
}
