Java数组模拟队列 + 优化

队列介绍

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 示意图：(使用数组模拟队列示意图)

 

 

 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:

当我们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 将尾指针往后移：

　　rear+1 , 当front == rear 【空】 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] 代码实现 问题分析并优化

 

代码实现

package com.lin.queue_0131;

import java.util.Scanner;

public class Array_Queue {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(4);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        char c;
        while(true) {
            System.out.println("------------------------------");
            System.out.println("|");
            System.out.println("|");
            System.out.println("------------------------------");
            System.out.println("-1 s(show):显示队列, -2 e(exit)：退出程序, -3 a(add)：添加数据到队列, -4 g(get)：获取队列的数据, -5 h(head):查看队列头数据 ");
            System.out.println("请输入以上提示字符：");
            c = scanner.next().charAt(0);
            switch (c) {
            case 's':
                arrayQueue.showQueue();
                break;
            case 'e':
                System.exit(0);
                break;
            case 'a':
                System.out.println("请输入添加数据：");
                int n = scanner.nextInt();
                arrayQueue.addQueue(n);
                break;
            case 'g':
                try {
                    System.out.println("出队：" + arrayQueue.getQueue());
                } catch (NullQueueException e) {
                    System.err.println(e.getMessage());
                }
                break;
            case 'h':
                try {
                    System.out.println("头数据：" + arrayQueue.headQueue());
                } catch (NullQueueException e) {
                    System.err.println(e.getMessage());
                }
                break;
            default:
                break;
            }
        }
    }
}

class ArrayQueue{
    
    private int fornt;
    private int rear;
    private int maxSize;
    private int[] arr;
    
    // 创建队列构造器
    public ArrayQueue(int maxSize){
        this.arr = new int[maxSize];
        this.maxSize = maxSize;
        this.rear = -1;        // 指向队尾的数据
        this.fornt = -1;    // 指向队列头的前一位置
    }
    
    // 判断队列是否已满
    public boolean isFull() {
        return rear == (maxSize - 1);
    }
    
    // 判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == fornt;
    }
    
    // 入队
    public void addQueue(int n) {
        if(!isFull()) {
            arr[++rear] = n;
            System.out.println("添加成功！");
        } else {
            System.out.println("队列已满！");
        }
    }
    
    // 出队
    public int getQueue() throws NullQueueException {
        if(isEmpty()) {
            throw new NullQueueException("队列为空！");    // 自定义异常
        }
        int arrNum = arr[++fornt];
        arr[fornt] = 0;
        return arrNum;
        
    }
    
    // 遍历队列
    public void showQueue() {
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，无法输出数据！");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print("arr[" + i + "] = " + arr[i] + "\t");
        }
        System.out.println();
    }
    
    // 显示队列的头数据
    public int headQueue() throws NullQueueException {
        if(isEmpty()) {
            throw new NullQueueException("队列为空！");    // 自定义异常
        }
        return arr[fornt +1];
    }
}
注意：没有优化的代码数组只能用一次，即使队列为空，也无法添加数据。

优化后的代码
环形队列调整思路（其中的一种办法）：
front变量的含义：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，之前的front是指向队列头元素的前一个位置。初始值为0。 
rear变量的含义：rear指向队列的最后一个元素的后一个位置。希望空出一个空间作为约定。初始值为0。
当队列满时，条件是(rear + 1)%maxSize == front。
当队列为空时，条件是rear == front。
有效个数：(rear + maxSize - front)%maxSize。

package com.lin.queue_0131;

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueuePuls {
    
    public static void main(String[] args) {
    ArrayQueue2 arrayQueue2 = new ArrayQueue2(4);
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    char c;
    while(true) {
        System.out.println("------------------------------");
        System.out.println("|");
        System.out.println("|");
        System.out.println("------------------------------");
        System.out.println("-1 s(show):显示队列, -2 e(exit)：退出程序, -3 a(add)：添加数据到队列, -4 g(get)：获取队列的数据, -5 h(head):查看队列头数据,-1 printFornt,-2 printRear ");
        System.out.println("请输入以上提示字符：");
        c = scanner.next().charAt(0);
        switch (c) {
        case 's':
            arrayQueue2.showQueue();
            break;
        case 'e':
            System.exit(0);
            break;
        case 'a':
            System.out.println("请输入添加数据：");
            int n = scanner.nextInt();
            arrayQueue2.addQueue(n);
            break;
        case 'g':
            try {
                System.out.println("出队：" + arrayQueue2.getQueue());
            } catch (NullQueueException e) {
                System.err.println(e.getMessage());
            }
            break;
        case 'h':
            try {
                System.out.println("头数据：" + arrayQueue2.headQueue());
            } catch (NullQueueException e) {
                System.err.println(e.getMessage());
            }
            break;
        case '1':
            arrayQueue2.printFront();
            break;
        case '2':
            arrayQueue2.printRear();
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}

}
class ArrayQueue2{
    
    private int fornt;
    private int rear;
    private int maxSize;
    private int[] arr;
    
    // 创建队列构造器
    public ArrayQueue2(int maxSize){
        this.arr = new int[maxSize];
        this.maxSize = maxSize;
        this.rear = 0;        // 指向队尾的数据
        this.fornt = 0;    // 指向队列头的前一位置
    }
    
    // 判断队列是否已满
    public boolean isFull() {
        return (rear + 1)%maxSize == fornt;    
    }
    
    // 判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == fornt;
    }
    
    // 入队
    public void addQueue(int n) {
        if(!isFull()) {
            arr[rear] = n;
            rear = (rear + 1)%maxSize;
            System.out.println("添加成功！");
        } else {
            System.out.println("队列已满！");
        }
        
    }
    
    // 出队
    public int getQueue() throws NullQueueException {
        if(isEmpty()) {
            throw new NullQueueException("队列为空！");    // 自定义异常
        }
        int arrNum = arr[fornt];
        fornt = (fornt + 1)%maxSize;
        return arrNum;
        
    }
    
    // 遍历队列
    public void showQueue() {
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，无法输出数据！");
            return;
        }
        for (int i = fornt; i < fornt + numSize(); i++) {    
            System.out.print("arr[" + i%maxSize + "] = " + arr[i%maxSize] + "\t");
        }
        System.out.println();
    }
    
    public int numSize() {
        return (rear + maxSize - fornt)%maxSize;    // (rear + maxSize - fornt)%maxSize环形队列元素的实际个数
    }
    // 显示队列的头数据
    public int headQueue() throws NullQueueException {
        if(isEmpty()) {
            throw new NullQueueException("队列为空！");    // 自定义异常
        }
        return arr[fornt];
    }
    public void printFront() {
        System.out.println(this.fornt);
    }
    public void printRear() {
        System.out.println(this.rear);
    }
}

虽然数组size为4，但容量只有3

最后，fornt单词写错了，应该是front。

 

仅供参考，有错误还请指出！

有什么想法，评论区留言，互相指教指教。