队列
队列
应用场景
银行排队叫号
队列介绍
- 队列是一个有序列表，可以用数组(顺序存储)或者是链表(链式存储)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
rear：代表队列的尾部
front：代表队列的头部
取数据在队列的头部取，存数据在队列的尾部存。
数组模拟队列
当我们将数据存入队列时成为"addQueue"，addQueue的处理需要有两个步骤
- 将指针往后移：rear+1，当front == rear【空】
- 若指针rear小于队列的最大下标maxSize-1，则数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。rear == maxSize-1 【队列满】（数组的下标从0开始，所以maxSize-1）。
代码实现
package com.sun.atguigu.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* 数组模拟队列
*
* @author 孙冲
* @date 2021-3-4
*/
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建一个队列
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
//接收用户输入数据
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
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):查看队列头数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
}catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
}catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出");
}
}
class ArrayQueue{
//表示数组的最大容量
private int maxSize;
//队列头
private int front;
//队列尾
private int rear;
//该数据用于存放数据，模拟队列
private int[] arr;
//创建队列构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
//指向队列头部，即front是指向队列头的前一个位置
front = -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)
rear = -1;
}
//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 == 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("队列已满");
return;
}
//让rear后移
rear++;
arr[rear] = n;
}
//获取队列的数据
public int getQueue() {
//判断队列是否为空
if (isEmpty()) {
//抛出异常
throw new RuntimeException("队列为空");
}
//front向后移
front++;
return arr[front];
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列是空的，无法取到数据");
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
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空没有数据");
}
return arr[front + 1];
}
}
存在问题：
- 目前数组使用一次就不能用了，没有达到复用的效果
- 将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列 取模：%
数组模拟环形队列思维分析
分析：
- 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
- 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作为约定，rear的初始值=0
- 当队列满时，条件是(rear+1)%maxSize=front
- 当队列为空的条件，rear==front空
- 队列中有效的数据个数(rear+maxSize-front)%maxSize
- 在原来的队列上修改得到一个环形队列
package com.sun.atguigu.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* @author 孙冲
* @date 2021 3-5
*/
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("测试数组模拟环形队列");
//创建一个队列
CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4);
//接收用户输入数据
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
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):查看队列头数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出");
}
}
class CircleArray {
//表示数组的最大容量
private int maxSize;
//队列头
//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作为约定，rear的初始值=0
//队列尾
private int rear;
//该数据用于存放数据，模拟队列
private int[] arr;
public CircleArray(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
}
//判断队列是否已满
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("队列已满");
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
public int getQueue() {
//判断队列是否为空
if (isEmpty()) {
//抛出异常
throw new RuntimeException("队列为空");
}
//这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
//先把front对应的值保留到一个临时变量
//将front后移考虑取模
//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() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列是空的，无法取到数据");
return;
}
//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
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空没有数据");
}
return arr[front];
}
}
