（2）队列与循环队列

队列　　

　　队列 (queue) 是一种先进先出的数据结构。 元素被追加到队列末尾， 然后从队列头删除。 在优先队列 (priority queue) 中， 元素被赋予优先级。 当访问元素时， 拥有最高优先级的元素首先被删除。

数组模拟队列思路

 

 代码实现

    class ArrayQueue1{
    private int maxSize;
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//模拟队列的数组

    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue1(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;//指向队列头部，是指向第一个元素的前一个空位置
        rear  = -1;//指向队列，就是指向最后一个数据
    }

    //判断队列是否为满
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize - 1;
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }

    //判断数据到队列
    public void addQueue(int n){
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满");
            return;
        }
        arr[++rear] =n;
    }

    //取出队列第一个的数据
    public int getQueue(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空");
        }
        front ++;//这里front已经改变了
        return arr[front];
    }

    //显示队列第一个的数据
    public int headQueue(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空");
        }
        return arr[front + 1];//这里只是调取了首位的元素，但是没有改变front的位置
    }

    //获取所有数据（这里的方法是有点问题的）
    public void showQueue(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列空");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length ; i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
        }
    }

 

数组模拟环形队列

上面的数组使用一次就不能用了，为了达到复用效果，改成环形数列。、

思路：

1. 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
2. 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做为约定.
rear 的初始值 = 0
3. 当队列满时，条件是 (rear + 1) % maxSize == front 【满】
4. 对队列为空的条件， rear == front 空
5. 当我们这样分析， 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize // rear = 1 front = 0

 图解：

 代码实现

修改普通队列的代码为循环队列

    class CircleArray {
    private int maxSize; // 表示数组的最大容量
    //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做为约定.
    //rear 的初始值 = 0
    private int rear; // 队列尾
    private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列

    public CircleArray(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        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("队列满，不能加入数据~");
            return;
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear] = n;
        //将 rear 后移, 一般情况就是rear+1；在循环边界rear+1 = maxSize时，就变回0.
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    // 获取队列的数据, 出队列
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        // 这里需要分析出 front是指向队列的第一个元素
        // 1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量
        // 2. 将 front 后移, 考虑取模
        // 3. 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() {
        // 遍历
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空的，没有数据~~");
            return;
        }
        /*
        * 1.front+size < maxSize,则i= （front~front+size）,显然取模后不变。
        * 2.front+size > maxSize,即过了队列边界（0），取模可得新一轮的下标
        *                                       */
        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， 注意不是取出数据
    public int headQueue() {
        // 判断
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
        }
        return arr[front];
    }
}

Java实例

 

 

参考 

1. 尚硅谷Java数据结构与java算法（Java数据结构与算法）

2.Java语言程序设计-进阶版（原书第十版）.梁勇