队列与环形队列

• 1、简介
• 2、数组模拟队列
• • 思路
  • 代码实现
• 3、数组模拟环形队列
• • 思路
  • 代码实现

1、简介

1. 队列是一个有序列表，可以用数组或链表实现
2. 遵循先入先出的原则

2、数组模拟队列

1. 队列本身时有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列的声明如下图，其中MaxSize时该队列的最大容量
2. 因为队列的输出、输入分别是从前后端来处理，因此需要两个变量front及rear分别记录队列前后端的下标
   front会随着数据的输出而改变
   rear是随着数据的输入而改变
   

思路

当我们把数据存入队列成为"addQueue"，需要两个步骤

1. 将尾指针往后移，rear+1，当front=rear时队列为空
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=maxSize-1[队列满]

代码实现

以上代码存在问题，队列只能使用一次，front指针不断上移

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {

        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);

    }
}

class ArrayQueue {
    private int maxSize;
    private int front;
    private int rear;
    private int[] arr;

    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;     //指向队列头部
        rear = -1;      //指向队列尾部
    }

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

    //判断队列是否空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    //数据入队列
    public void addQueue(int n) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }

    //数据出队列
    public void getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空，不能取出数据");
            return;
        }
        front++;
        System.out.println(arr[front]);
    }

    //展示队列所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }
    }

    //显示队列头数据
    public void headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空");
        }
        System.out.println(arr[front + 1]);
    }

}

3、数组模拟环形队列

思路

1. front变量含义做调整：front永远指向队列第一个元素,初始值为0
2. rear变量含义做调整：rear指向队列最后一个元素的后一个位置，留出一个空间做约定，初始值为0
3. 当队列满时，条件是(rear+1)%maxSize = front
4. 当队列空时，rear=front
5. 队列中有效数据个数为(rear+maxSize-front)%maxSize //rear=1 front=0

代码实现

public class CircleArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        //实际为3个有效容量
        CircleArray circleArray = new CircleArray(4);

    }
}

class CircleArray {

    private int maxSize;
    private int front;
    private int rear;
    private int[] arr;

    public CircleArray(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        //实际有效容量为maxSize-1
        arr = new int[this.maxSize];
    }

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

    //判断队列是否空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    //数据入队列
    public void addQueue(int n) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        arr[rear] = n;
        //rear后移，必须考虑取模，让rear回到0
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    //数据出队列
    public void getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空，不能取出数据");
            return;
        }
        int temp = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        System.out.println(temp);
    }

    //展示队列所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空");
            return;
        }
        //从front开始遍历
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

    //求出当前队列有效个数
    public int size() {
        //rear = 2
        //front = 0
        //maxSize = 3
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    //显示队列头数据
    public void headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空");
        }
        System.out.println(arr[front]);
    }

}