JAVA实现数组模拟队列

news2024/10/6 19:36:47

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。

图例:

 思路分析

1、将尾指针往后移:rear+1 , 当front == rear 【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]

class ArrayQueue(arrMaxSize: Int) { val maxSize: Int = arrMaxSize
  val array = new Array[Int](arrMaxSize)
  var front: Int = -1
  var rear: Int = -1
}

对前面的数组模拟队列的优化,充分利用数组. 因此将数组看做是一个环形的。(通过取模的方 式来实现即可)

分析说明: 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,这个在做判断队列满的 时候需要注意 (rear + 1) % maxSize == front 满] rear == front [空] 

class CircleQueue {
  private int maxSize;
  private int[] arr; // 该数组存放数据,模拟队列
  private int front; // 指向队列头部
  private int rear; // 指向队列的尾部
  public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
  	maxSize = arrMaxSize;
	arr = new int[maxSize];
   } 
  public boolean isFull()  {
    //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(!!!)
    return (rear + 1) % maxSize == front; }
  public boolean isEmpty()  {
    this.tail == this.head }

   public void addQueue(int n) {
   if (isFull()) {
	System.out.println("队列满,无法加入..");
	return;}
	arr[rear] = n;
	rear = (rear + 1) % maxSize;}  
    public int getQueue() {
  	if (isEmpty()) {
		throw new RuntimeException("队列空~");}
		int value = arr[front];
		front = (front + 1) % maxSize;
		return value;}

1.  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

2.  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

3. 当队列满时,条件是  (rear  + 1) % maxSize == front 【满】

4. 对队列为空的条件, rear == front 空 5. 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 6. 我们就可以在原来的队列上修改得到,一个环形队列

实现代码:

package Queue;
import java.util.Scanner;

/*
数组队列的缺点:只能使用一次,不能重复使用
 */

public class ArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        //测试一把
        //创建一个队列
        ArrQue queue = new ArrQue(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) {
                        // 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~~");
    }
}


// 使用数组模拟队列-编写一个Arrayqueue类
class ArrQue {
    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; // 该数据用于存放数据, 模拟队列

    //创建数组队列的构造器
    public ArrQue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[arrMaxSize];
        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
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize-1;
    }

    //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){
        if (isFull()){  //判断队列是否已满
            System.out.println("队列已满~~~");
            return;
        }
        rear++;  //rear向后移
        arr[rear] = n;
    }

    //取出队列中的数据
    public int getQueue(){
        if(isEmpty()){  //判断队列是否为空
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据");
        }
        front++;
        return arr[front]; //front后移
    }

    // 显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) { //判断队列是否为空
            System.out.println("队列空的,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, 注意不是取出数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {  //判断队列是否为空
            throw new RuntimeException("队列空的,没有数据~~");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

缺点:数组的内存不能重复使用,导致只能使用一次,只能使用数组环形队列解决这个问题。

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