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队列的一个使用场景
什么是队列？
数组模拟队列
实现思路：
编写一个ArrayQueue类的代码实现过程
判断队列是否满和空
入队出队
显示队列数据
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:
代码实现
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：
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];
}
}
