队列的一个使用场景
我们去银行办理业务时，如果人多且假设只有四个窗口时，我们就需要排队等候，先进去的先办理，办理结束之后先出去（先进先出）
什么是队列？
- 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
- 使用数组模拟队列示意图如下：
使用数组模拟队列示意图
数组模拟队列
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上图, 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:
使用数组模拟队列示意图
实现思路：
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：
（首先我们需要知道的是front和rear的初始值都为-1，都指向的是数组首元素的前一位）
1）将尾指针往后移：rear+1 , 当front == rear时 ，说明队列中还没有元素。
2）若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1（因为数组下标是从0开始的），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] ）
编写一个ArrayQueue类的代码实现过程
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;// 该数组用于存放数据，模拟队列 // 创建队列的构造器 public ArrayQueue(int arrMaxSize) { maxSize = arrMaxSize; arr = new int[maxSize]; front = -1;// 指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置 rear = -1;// 指向队列尾，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据) } }
判断队列是否满和空
// 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; }
入队出队
// 添加数据到队列 public void addQueue(int n) { // 判断队列是否满 if (isFull()) { System.out.println("队列已满，不能再添加数据"); return; } rear++;// 让rear后移 arr[rear] = n; } // 获取队列数据，出队 public int getQueue() { // 判断队列是否为空 if (isEmpty()) { // 这里不能直接return，而是通过抛出异常来处理程序 throw new RuntimeException("队列空不能取数据"); // 这个位置不要再写代码（到不了没意义） // 另外需要返回值的方法，一定要给返回值或者抛出异常 } front++;// front后移（因为front指向的是数组第一个元素的前一个） return arr[front]; }
显示队列数据
// 显示队列所有的数据 public void showQueue() { // 遍历 if (isEmpty()) { System.out.println("队列中没有数据"); return; } for (int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]); } } // 显示队列的头数据(不是取出数据) public int headQueue() { if (isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列中没有数据"); } return arr[front + 1]; }
问题
用数组模拟队列你会发现使用一次之后就不能使用了 ，没有达到复用的效果。
数组模拟环形队列
思路如下:
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
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
当队列满时，条件是 (rear + 1) % maxSize == front 【满】
对队列为空的条件， rear == front 空
当我们这样分析， 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize // rear = 1 front = 0
我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列
使用数组模拟队列示意图
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，
这个在判断队列满的时候要注意
（rear + 1）% maxSize == front ---> 满
rear == front ---> 空
代码实现
package com.atguigu.queue; import java.util.Scanner; public class CircleArrayQueueDemo { 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 CircleArray queue = new CircleArray(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~~"); } } 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 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 CircleArray(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() { // 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]; } }
●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！
