大家好我是苏麟 , 今天来用数组实现一下队列 .
数组实现队列
顺序存储结构存储的队列称为顺序队列，内部使用一个一维数组存储，用一个队头指针 front 指向队列头部节点(即使用int类型front来表示队头元素的下标)，用一个队尾指针rear(有的地方会用tail，只要在一个问题里统一起来就行了)，指向队列尾部元素(int类型rear来表示队尾节点的下标)。
初始化队列时: front = rear = -1(非必须，也可设置初始值为0，在实现方法时具体修改
队列满时: rear = maxSize - 1 (其中maxSize为初始化队列时，设置的队列最大元素个数)
队列为空时: front = rear
在代码中初始化了一个大小为6的顺序队列
其中 front 和 rear 指向的虚线框实际并不存在，仅用来表示初始化时的默认状态，因为我们实现的队列元素使用int存储元素，所以初始值均为 0(如用Objecl或范型则初始值为null)，执行queue.add(1) 到queue.add(6)方 法后队列的状态如下图:
接下来看下队列的出队情况，当第一次执行queue.pop0方法后，队列元素如上图所示，此时队列剩下5个元素:
当第六次执行queue.pop0方法后，队列元素如下图所示 :
此时队列中元素已全部出队，按正常逻辑应该可以添加元素到队列中，但此时添加元素却会报队列已满错误(rear=maxSize-1)，当然即使前面元素未出队也会报相同错误。这就是我们常说的“假溢出”问题。为解决这个问题，就引出了我们的环形队列。
代码实现
/**
* 队列
*/
public class ArrayQueue {
//队列存放的数据
private int[] data;
//队列大小
private int maxSize;
//队列头指针
private int front;
//队列尾指针
private int rear;
public ArrayQueue(int maxSize) {
data = new int[maxSize];
this.maxSize = maxSize;
front = -1;
rear = -1;
}
//判断队列是否满了
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判断是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
//添加数据
public void add(int n) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满!");
return;
}
data[++rear] = n;
}
//删除数据
public int pop() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空 , 请先添加数据!");
}
int temp = data[++front];
data[front] = 0;
return temp;
}
//显示头部数据
public void head() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空 , 请先添加数据!");
}
System.out.println(data[front + 1]);
}
//打印全部数据
public void forEach() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空 , 请先添加数据!");
}
for (int i = front + 1; i <= rear; i++) {
System.out.print(data[i] + " ");
}
}
}
环形队列
在我们上面基于数组实现的队列中，假如头和尾都到了未尾，虽然这时候个空间是空的，但是无法插入新元素，为此，我们将其设计成环形结构。
环形队列，顾名思义即让普通队列首尾相连，形成一个环形。当 rear 指向尾元素后，当队列有元素出队时可以继续向队列中添加元素。这里使用 rear 指针指向最后一个节点的后一个元素，即会占用一个位置用来表示队列已满。
- 初始化队列时: front = rear = 0
- 队列满时: (rear +1) % maxSize == front(其中maxSize为初始化队列时，设置的队列最大元素
个数) - 队列为空时: front == rear。
图解演示 :
入队演示 :
出队 , 入队演示 :
所以这种方式会浪费一个空间来作为判满的条件 .
在这种场景下，环形队列有效元素个数为(rear - front + maxSize) % maxSize 。 (或者在内部定义一个size属性，当元素入队时size++，当出队时size--) 。因此在打印队列中元素时，从 front 位置开始至 front + size 位置结束来循环打印有效元素。
如果不实用环形队列方式实现队列，则会出现“假溢出”情况(即队列满后，将全部元素出队却不能继续添加元素的情况)。而环形队列会在队头元素出队后，将队尾指针rear重新分配为0，以达到循环使用队列空间的目的。
代码 :
/**
* @className: CycleQueue
* @author: SL 苏麟
**/
public class CycleQueue {
//队列存放的数据
private int[] data;
//队列大小
private int maxSize;
//队列头指针
private int front;
//队列尾指针
private int rear;
public CycleQueue(int maxSize) {
data = new int[maxSize];
this.maxSize = maxSize;
front = 0;
rear = 0;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判断是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
//添加元素
public void add(int n) {
if (isFull()) {
System.out.println("Queue is full!!!");
return;
}
data[rear] = n;
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//取出头元素
public void head() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("Queue is null!!!");
return;
}
System.out.println("head : " + data[front]);
}
//头删
public int pop() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Queue is null!!!");
}
int temp = data[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return temp;
}
//打印队列
public void printf() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Queue is null!!!");
}
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.print(data[i % maxSize] + " ");
}
}
//返回队列大小
public int size() {
return (rear - front + maxSize) % maxSize;
}
}
这期就到这里 , 下期见!
