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。如图所示：
当将数据存入队列时称为 “addQueue”,addQueue 的处理需要有两个步骤：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 队列的最大小标 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】
代码实现：
1 public class ArrayQueueDemo { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 // 测试 5 // 创建一个队列 6 ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3); 7 char key = ' '; // 接收用户输入 8 Scanner scanner = new Scanner(System.in); 9 boolean loop = true; 10 11 // 输出一个菜单 12 while(loop) { 13 System.out.println("s(show):显示队列"); 14 System.out.println("e(exit):退出程序"); 15 System.out.println("a(add):添加数据到队列"); 16 System.out.println("g(get):从队列取出数据"); 17 System.out.println("h(head):查看队列头数据"); 18 19 key = scanner.next().charAt(0); // 接收一个字符 20 switch (key) { 21 case 's': 22 queue.showQueue(); 23 break; 24 case 'a': 25 System.out.println("输入一个数"); 26 int value = scanner.nextInt(); 27 queue.addQueue(value); 28 break; 29 case 'g': 30 try { 31 int res = queue.getQueue(); 32 System.out.printf("取出的数据是%d\n",res); 33 } catch (Exception e) { 34 System.out.println(e.getMessage()); 35 } 36 break; 37 case 'h': 38 try { 39 int res = queue.headQueue(); 40 System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res); 41 } catch (Exception e) { 42 System.out.println(e.getMessage()); 43 } 44 case 'e': 45 scanner.close(); 46 loop = false; 47 break; 48 default: 49 break; 50 } 51 } 52 System.out.println("程序结束"); 53 } 54 55 } 56 57 // 使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue 类 58 class ArrayQueue { 59 private int maxSize; // 表示数组的最大容量 60 private int front; // 指向队列头 61 private int rear; // 指向队列尾 62 private int[] arr; // 该数据用来存放数据，模拟队列 63 64 // 创建队列的构造方法 65 public ArrayQueue(int arrMaxSize) { 66 maxSize = arrMaxSize; 67 arr = new int[maxSize]; 68 front = -1; // 指向队列头部，分析出 front 是指向队列头的前一个位置 69 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） 70 } 71 72 // 判断队列是否满 73 public boolean isFull() { 74 return rear == maxSize - 1; 75 } 76 77 // 判断队列是否为空 78 public boolean isEmpty() { 79 return rear == front; 80 } 81 82 // 添加数据到队列 83 public void addQueue(int n) { 84 // 判断队列是否满 85 if (isFull()) { 86 System.out.println("队列已满，不能加入数据"); 87 return; 88 } 89 rear++; // 让 rear 后移 90 arr[rear] = n; 91 } 92 93 // 获取队列的数据，出队列 94 public int getQueue() { 95 // 判断队列是否空 96 if (isEmpty()) { 97 // 通过抛出异常 98 throw new RuntimeException("队列空，不能取数据"); 99 } 100 front++; 101 return arr[front]; 102 } 103 104 // 显示队列的所有数据 105 public void showQueue() { 106 // 遍历数组 107 if (isEmpty()) { 108 System.out.println("队列为空，没有数据"); 109 return; 110 } 111 112 for (int i = 0; i < arr.length; i++) { 113 System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]); 114 } 115 } 116 117 // 显示队列的头数据，不是取出数据 118 public int headQueue() { 119 if (isEmpty()) { 120 throw new RuntimeException("队列为空，没有数据"); 121 } 122 return arr[front + 1]; 123 } 124 125 }
问题分析并优化：
（1）目前数组使用一次就不能使用，没有达到复用的效果。
（2）将这个数组使用算法，改进成一个环形的数组。
数组模拟环形队列
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。（通过取模的方法来实现即可）
分析说明：
（1）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要注意 （real+1）%maxSize == front【满】
（2）rear == front 【空】
（3）分析示意图：
（4）代码实现
1 public class CircleArrayQueue { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 // 测试 5 System.out.println("测试数组模拟环形队列的数据"); 6 7 // 创建一个环形队列 8 CircleArray queue = new CircleArray(4); // 设置4，其最大空间为3 9 char key = ' '; // 接收用户输入 10 Scanner scanner = new Scanner(System.in); 11 boolean loop = true; 12 13 // 输出一个菜单 14 while (loop) { 15 System.out.println("s(show):显示队列"); 16 System.out.println("e(exit):退出程序"); 17 System.out.println("a(add):添加数据到队列"); 18 System.out.println("g(get):从队列取出数据"); 19 System.out.println("h(head):查看队列头数据"); 20 21 key = scanner.next().charAt(0); // 接收一个字符 22 switch (key) { 23 case 's': 24 queue.showQueue(); 25 break; 26 case 'a': 27 System.out.println("输入一个数"); 28 int value = scanner.nextInt(); 29 queue.addQueue(value); 30 break; 31 case 'g': 32 try { 33 int res = queue.getQueue(); 34 System.out.printf("取出的数据是%d\n", res); 35 } catch (Exception e) { 36 System.out.println(e.getMessage()); 37 } 38 break; 39 case 'h': 40 try { 41 int res = queue.headQueue(); 42 System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res); 43 } catch (Exception e) { 44 System.out.println(e.getMessage()); 45 } 46 case 'e': 47 scanner.close(); 48 loop = false; 49 break; 50 default: 51 break; 52 } 53 } 54 System.out.println("程序结束"); 55 } 56 57 } 58 59 class CircleArray { 60 private int maxSize; // 表示数组的最大容量 61 // front 变量含义做调整：front 就指向队列的第一个元素，即 arr[front]是第一个元素 62 // front 的初始值 = 0 63 private int front; 64 // rear 变量含义做调整：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作为约定 65 // real 的初始值 = 0 66 private int rear; // 指向队列尾 67 private int[] arr; // 该数据用来存放数据，模拟队列 68 69 // 构造器 70 public CircleArray(int arrMaxSize) { 71 maxSize = arrMaxSize; 72 arr = new int[maxSize]; 73 front = 0; 74 rear = 0; 75 } 76 77 // 判断队列是否满 78 public boolean isFull() { 79 return (rear + 1) % maxSize == front; 80 } 81 82 // 判断队列是否为空 83 public boolean isEmpty() { 84 return rear == front; 85 } 86 87 // 添加数据到队列 88 public void addQueue(int n) { 89 // 判断队列是否满 90 if (isFull()) { 91 System.out.println("队列已满，不能加入数据"); 92 return; 93 } 94 // 直接将数据加入 95 arr[rear] = n; 96 // 将 rear 后移，这里必须取模 97 rear = (rear + 1) % maxSize; 98 } 99 100 // 获取队列的数据，出队列 101 public int getQueue() { 102 // 判断队列是否空 103 if (isEmpty()) { 104 // 通过抛出异常 105 throw new RuntimeException("队列空，不能取数据"); 106 } 107 // 这里需要分析出 front 是指向队列的第一个元素 108 // 1.先把 front 对应的值保留一个临时变量 109 // 2.把 front 后移 110 // 3.把临时保存的变量返回 111 int value = arr[front]; 112 front = (front + 1) % maxSize; 113 return value; 114 } 115 116 // 显示队列的所有数据 117 public void showQueue() { 118 // 遍历数组 119 if (isEmpty()) { 120 System.out.println("队列为空，没有数据"); 121 return; 122 } 123 124 // 从 front 开始遍历，遍历多少个元素 125 for (int i = front; i < front + size(); i++) { 126 System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]); 127 } 128 } 129 130 // 求出当前队列有效数据的个数 131 public int size() { 132 return (rear + maxSize - front) % maxSize; 133 } 134 135 // 显示队列的头数据，不是取出数据 136 public int headQueue() { 137 if (isEmpty()) { 138 throw new RuntimeException("队列为空，没有数据"); 139 } 140 return arr[front]; 141 } 142 }
