java数据结构与算法二： 队列（数组模拟环形队列）

队列：数组模拟环形队列

一、思路分析

对之前的数组模拟队列的优化，充分利用数组，将数组看作是一个环形（通过取模的方式来实现即可）

分析说明：

• front变量的含义做一个调整：front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的初始值为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的初始值为0

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

• 当队列为空的条件，rear == front【空】

• 当我们这样分析，队列中有效的数据的个数为：(rear + maxSize - front) % maxSize

• 我们就可以再原来的队列上修改得到一个环形队列

二、代码实现

public class CircleArrayQueue {

	public static void main(String[] args) {
		//测试
		System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~");
		//创建一个队列
		CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4);	//设置4.说明其队列的有效数据最大为
		char key = ' ';	//接收用户输入
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);	//从键盘接收数据
		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':	//显示队列
				arrayQueue.showQueue();
				break;
			case 'a':	//添加数据
				System.out.println("输出一个数");
				int value = scanner.nextInt();
				arrayQueue.addQueue(value);
				break;
			case 'g':	//取出数据
				try {
					int res = arrayQueue.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 = arrayQueue.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; 
	private int[] arr; //该数据用于存放数据，模拟队列
	
	public CircleArray(int arrMaxSize) {
		super();
		this.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，不能加入输~");
			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() {
		//判断队列是否为空
		if(isEmpty()) {
			//通过抛出异常
			throw new RuntimeException("队列为空，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对应的值保存到一个临时的变量
		//2、将front后移，考虑取模，防止超出数组最大范围
		//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("队列为空，没有数据 ~");
			return;
		}
		//思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
		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() {
		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("队列为空，没有数据~");
		}
		return arr[front];
	}
}