【Java数据结构】循环队列的数组实现

先上一个初级队列的数组实现，缺点是数组不能复用，没有可用性

public class ArrayQueue {
    private int maxSize;//表示数组最大容量
    private int front;//队列头下标
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;

    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;//指向队列头部，指向队列头的前一个位置
        rear = -1;//指向队列尾部，指向尾部数据
    }

    private boolean isFull(){
        return rear == maxSize-1;
    }

    private boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }

    public void addItem(int item){
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = item;
    }

    public int getItem(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，无法出队");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

    public void show(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列空");
            return;
        }
        for (int i = front+1; i <= rear; i++) {
            System.out.print(arr[i]+" ");
        }
    }

    public void showFront(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列空");
            throw new RuntimeException("队列空！");
        }
        System.out.println(arr[front+1]);
    }
}

 于是乎，我们要考虑循环一个数组来实现循环队列，即想办法把用过的位置复用

在上面的代码中，重点是两个下标front和rear，分别指向头和尾，要想复用，就得想办法将rear重新指向数组开始的位置

接下来上我的第一个思路

毫无疑问能想到的肯定是取模，我的思路是，让front和rear一直增长，而通过对maxSize进行取模来控制其取模后的值一直在0到maxSize之间变化

第一个思路的代码如下，在代码中进行部分思路讲解

/**
 * @author ZhiYi Li
 * @create 2020/8/24 19:05
 * 循环队列的数组实现
 * 思路：
 * 1、front指向第一个元素，初始值为0
 * 2、rear指向队列的最后一个元素的后一个位置，特意空出一个空间，初始值为0
 * 3、当队列满时，(rear+1)%maxSize = front
 * 4、当队列空时，rear=front
 */
public class CycleArrayQueue {
    private int maxSize;
    private int front;//指向第一个元素的位置
    private int rear;//指向最后一个元素的后一个位置
    private int[] ints;

    public CycleArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize+1;//预留一个空位置
        ints = new int[this.maxSize];
        front = 0;
        rear = 0;
    }

    private boolean isFull(){
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    private boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }

    public void addItem(int item){
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满！");
            return;
        }
        ints[rear%maxSize] = item;
        rear++;
    }

    public int getItem(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空！");
        }
        int result = ints[front%maxSize];
        front++;
        return result;
    }
    public void show(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列空！");
            return;
        }
        for (int i = front; i < rear; i++) {
            System.out.println(ints[i%maxSize]+" ");
        }
    }
    public void showFront(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空！");
        }
        System.out.println("头数据为："+ints[front%maxSize]);
    }

    public int size(){
        return (rear+maxSize-front)%maxSize;
    }


}
//以下是测试
class Main2{
    public static void main(String[] args) {
        CycleArrayQueue queue = new CycleArrayQueue(5);
        queue.addItem(2);
        queue.addItem(3);
        queue.addItem(4);
        queue.addItem(5);
        queue.addItem(6);
        System.out.println("队列初始值：");
        queue.show();
        System.out.println("出队列");
        System.out.println(queue.getItem());
        System.out.println("一次出队列后的结果");
        queue.show();
        queue.addItem(7);
        System.out.println("一次进队列的结果：");
        queue.show();
        System.out.println("五次出队后：");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            queue.getItem();
        }
        queue.show();
        queue.addItem(567);
        System.out.println("一次进队：");
        queue.show();
        queue.showFront();
    }
}

 这种思路是可以通过简单的测试的，但是这种思路会有一个大问题，front和rear都是int型，而int型是有范围上限的（-2147483648到2147483648），所以不能让它一直增长，在数据量大时容易出错

改良的思路是我们可以用取模将front和rear的值保持在范围内

代码如下：

/**
 * @author ZhiYi Li
 * @create 2020/8/24 19:05
 * 循环队列的数组实现
 * 思路：
 * 1、front指向第一个元素，初始值为0
 * 2、rear指向队列的最后一个元素的后一个位置，特意空出一个空间，初始值为0
 * 3、当队列满时，(rear+1)%maxSize = front
 * 4、当队列空时，rear=front
 */
public class CycleArrayQueue {
    private int maxSize;
    private int front;//指向第一个元素的位置
    private int rear;//指向最后一个元素的后一个位置
    private int[] ints;

    public CycleArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize+1;//预留一个空位置
        ints = new int[this.maxSize];
        front = 0;
        rear = 0;
    }

    private boolean isFull(){
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    private boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }

    public void addItem(int item){
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满！");
            return;
        }
        ints[rear] = item;
        rear=(rear + 1)%maxSize;
    }

    public int getItem(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空！");
        }
        int result = ints[front];
        front = (front+1)%maxSize;
        return result;
    }
    public void show(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列空！");
            return;
        }
        //注意遍历时rear会小于front，不能简单的循环遍历
        for (int i = front; i < front +size(); i++) {
            System.out.println(ints[i%maxSize]+" ");
        }
    }
    public void showFront(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空！");
        }
        System.out.println("头数据为："+ints[front%maxSize]);
    }

    public int size(){
        return (rear+maxSize-front)%maxSize;
    }


}
//以下是测试
class Main2{
    public static void main(String[] args) {
        CycleArrayQueue queue = new CycleArrayQueue(5);
        queue.addItem(2);
        queue.addItem(3);
        queue.addItem(4);
        queue.addItem(5);
        queue.addItem(6);
        System.out.println("队列初始值：");
        queue.show();
        System.out.println("出队列");
        System.out.println(queue.getItem());
        System.out.println("一次出队列后的结果");
        queue.show();
        queue.addItem(7);
        System.out.println("一次进队列的结果：");
        queue.show();
        System.out.println("五次出队后：");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            queue.getItem();
        }
        queue.show();
        queue.addItem(567);
        System.out.println("一次进队：");
        queue.show();
        queue.showFront();
    }
}

 需要注意的点是在show方法时，我们在第一种代码的show方法的思路上可以发现，第一种show方法的rear实际上就是front+size

完。