队列
简介
队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时，称为空队列。
队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。
顺序队列
建立顺序队列结构必须为其静态分配或动态申请一片连续的存储空间，并设置两个指针进行管理。一个是队头指针front，它指向队头元素；另一个是队尾指针rear，它指向下一个入队元素的存储位置。
每次在队尾插入一个元素是，rear增1；每次在队头删除一个元素时，front增1。随着插入和删除操作的进行，队列元素的个数不断变化，队列所占的存储空间也在为队列结构所分配的连续空间中移动。当front=rear时，队列中没有任何元素，称为空队列。当rear增加到指向分配的连续空间之外时，队列无法再插入新元素，但这时往往还有大量可用空间未被占用，这些空间是已经出队的队列元素曾经占用过得存储单元。
顺序队列中的溢出现象：
- "下溢"现象：当队列为空时，做出队运算产生的溢出现象。“下溢”是正常现象，常用作程序控制转移的条件。
- "真上溢"现象：当队列满时，做进栈运算产生空间溢出的现象。“真上溢”是一种出错状态，应设法避免。
- "假上溢"现象：由于入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。当队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模时，也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作。该现象称为"假上溢"现象。
循环队列
在实际使用队列时，为了使队列空间能重复使用，往往对队列的使用方法稍加改进：无论插入或删除，一旦rear指针增1或front指针增1 时超出了所分配的队列空间，就让它指向这片连续空间的起始位置。自己真从MaxSize-1增1变到0，可用取余运算rear%MaxSize和front%MaxSize来实现。这实际上是把队列空间想象成一个环形空间，环形空间中的存储单元循环使用，用这种方法管理的队列也就称为循环队列。
在循环队列中，当队列为空时，有front=rear，而当所有队列空间全占满时，也有front=rear。为了区别这两种情况，规定循环队列最多只能有MaxSize-1个队列元素，当循环队列中只剩下一个空存储单元时，队列就已经满了。因此，队列判空的条件时front=rear，而队列判满的条件时front=（rear+1）%MaxSize。
使用数组实现队列
顺序队列
class Queue{ private int maxSize; private int front; private int rear; private int[] arr; public Queue(int maxSize){ this.maxSize = maxSize; front = -1; //指向队列头部的前一个位置 rear = -1; //指向队列的最后一个数据 arr = new int[maxSize]; } //判断队列是否满 public boolean isFull(){ return rear == maxSize - 1; } //判断队列是否空 public boolean isEmpty(){ return rear == front; } //添加数据 public void add(int num){ if(isFull()){ System.out.println("队列已满，不能添加数据"); return; } rear++; arr[rear] = num; } //获取队列的数据 public int getQueue(){ if(isEmpty()){ throw new RuntimeException("队列为空"); } front++; return arr[front]; } //显示队列的所有数据 public void showQueue(){ if(isEmpty()){ System.out.println("无数据"); return; } for (int i : arr) { System.out.printf("%d\n",i); } } //显示队列头数据 public int handQueue(){ if(isEmpty()){ throw new RuntimeException("无数据"); } return arr[front + 1]; } }
测试
public static void main(String[] args) { Queue queue = new Queue(3); char result ; Scanner scanner = new Scanner(System.in); boolean flag = true; while (flag){ System.out.println("a(add) 添加数据"); System.out.println("s(show) 显示数据"); System.out.println("g(get) 取出数据"); System.out.println("h(hand) 显示数据"); System.out.println("e(exit) 退出程序"); result = scanner.next().charAt(0); switch (result) { case 'a': System.out.println("请输入一个数"); int value = scanner.nextInt(); queue.add(value); break; case 's': queue.showQueue(); break; case 'g': try { int val = queue.getQueue(); System.out.printf("取出的数据是：%d\n",val); }catch (Exception e){ System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'h': try { int val = queue.handQueue(); System.out.printf("队列的头数据是：%d\n",val); }catch (Exception e){ System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'e': flag = false; break; default: System.out.println("输入错误"); break; } } System.out.println("程序退出====="); }
这种队列只能用一次，rear的值只能增加到数组的长度-1，但是这时候还有已经出队的队列元素曾经占用过得存储单元的空间，不能重复使用
循环队列
class CircleQueue{ private int maxSize; //指向队列的第一个元素 private int front; //指向队列最后一个元素的后一个位置，空出一个空间做约定 private int rear; private int[] arr; public CircleQueue(int maxSize){ this.maxSize = maxSize; arr = new int[maxSize]; } //判断队列是否满 public boolean isFull(){ return (rear + 1) % maxSize == front; } //判断队列是否空 public boolean isEmpty(){ return rear == front; } //添加数据 public void add(int num){ if(isFull()){ System.out.println("队列已满，不能添加数据"); return; } // 0 1 2 3 font = 0 0 1 2 3 font = 1 0 1 2 3 font = 2 //10 20 30 rear rear 20 30 40 50 rear 30 40 arr[rear] = num; rear = (rear + 1) % maxSize; } //获取队列的数据 public int getQueue(){ if(isEmpty()){ throw new RuntimeException("队列为空"); } // 0 1 2 3 font = 0 0 1 2 3 font = 1 0 1 2 3 font = 2 0 1 2 3 font = 3 //10 20 30 rear rear 20 30 40 rear 0 30 40 rear 0 0 40 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("队列空的，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 rear和front的差值就是无效数据的个数
public int size() { return (rear + maxSize - front) % maxSize; } // 显示队列的头数据 public int headQueue() { // 判断 if (isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~"); } return arr[front]; } }
测试
public static void main(String[] args) { CircleQueue queue = new CircleQueue(4); char result; Scanner scanner = new Scanner(System.in); boolean flag = true; while (flag){ System.out.println("a(add) 添加数据"); System.out.println("s(show) 显示数据"); System.out.println("g(get) 取出数据"); System.out.println("h(hand) 显示数据"); System.out.println("e(exit) 退出程序"); result = scanner.next().charAt(0); switch (result) { case 'a': System.out.println("请输入一个数"); int value = scanner.nextInt(); queue.add(value); break; case 's': queue.showQueue(); break; case 'g': try { int val = queue.getQueue(); System.out.printf("取出的数据是：%d\n",val); }catch (Exception e){ System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'h': try { int val = queue.headQueue(); System.out.printf("队列的头数据是：%d\n",val); }catch (Exception e){ System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'e': flag = false; break; default: System.out.println("输入错误"); break; } } System.out.println("程序退出====="); }
浙公网安备 33010602011771号