数据结构 - 队列（非环形队列，以及优化成环形队列）

1）队列的定义与实现形式-方式

2）队列实现思路（非环形，下面进行优化）

3）代码实现（注意并不是环形）

package DataStructures.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * 使用数组模拟队列
 */
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String []args){
        //测试
        //创建一个队列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' '; //接收用户输入
        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):查看队列头的数据");

            key = scanner.next().charAt(0); //接收一个字符
            System.out.println("=========================");
            switch (key){
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g': //取数据
                    try {
                        System.out.println("取出的数是：" + arrayQueue.getQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try{
                        System.out.println("队列头的数据是："+arrayQueue.headQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                 default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出~~~~~");
    }
}

//队列类
class ArrayQueue{
    private int maxSize; //数组的最大容量
    private int front; //队列头
    private int rear; //队列尾
    private int[] arr; //用于存放数据的队列数组

    //创建队列构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; //指向队列头部，分析出front指向队列头的前一个位置
        rear = -1; //指向队列尾部，指向队列尾的数据（即就是队列的最后一个数据）

    }

    //判断队列是否满
    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
    public void addQueue(int n){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已满，不能加入");
            return;
        }
        rear++; //让rear后移
        arr[rear] = n;
        System.out.println("添加成功");
    }

    //获取队列数据，出队列
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            //通过抛出异常出来
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        front ++;
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //遍历
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < maxSize;i++){
            System.out.println("arr["+i+"] = "+arr[i]);
        }
    }

    //显示队列的头数据
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

上面代码实现完成后运行，会发现添加输入后取出，取出的位置不能再进行添加了，也就是添加完取出就不能再用了，没达到复用的效果

4）所以下面进行优化（改进成环形数组，取模来实现）

ps：这里最后有效数据个数，把他啊想象成一个环形，有可能rear在前有可能front在前，括号里加一个maxSize是防止rear在front后面形成负数，然后取模。

package DataStructures.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * 使用数组模拟队列
 */

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String []args){
        //测试
        //创建一个队列
        CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(4);
        System.out.println("测试数组模拟环形队列");
        char key = ' '; //接收用户输入
        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):查看队列头的数据");

            key = scanner.next().charAt(0); //接收一个字符
            System.out.println("=========================");
            switch (key){
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g': //取数据
                    try {
                        System.out.println("取出的数是：" + arrayQueue.getQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try{
                        System.out.println("队列头的数据是："+arrayQueue.headQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                 default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出~~~~~");
    }
}

class CircleArrayQueue{
    private int maxSize; //数组的最大容量
    //指向队列头部，就指向队列的第一个元素，
    // arr[front]就是队列的第一个元素，front初值为0
    private int front;
    private int rear; //队列尾
    private int[] arr; //用于存放数据的队列数组

    //创建队列构造器
    public CircleArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize; //表示数组最大容量
        arr = new int[maxSize];
        front = 0;
        rear = 0; //指向队列尾部，指向队列尾的数据（即就是队列的最后一个数据）

    }

    //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
    public void addQueue(int n){
        //是否为空
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已满，不能加入");
            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;
        System.out.println("添加成功");
    }

    //获取队列数据，出队列
    public int getQueue(){
        //是否为空
        if (isEmpty()){
            //通过抛出异常出来
            throw new RuntimeException("队列为空，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对应的值保存到临时变量
        // 2.将front 后移
        // 3.返回临时变量
        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("队列为空");
            return;
        }
        //遍历,从front开始变量，遍历多少个元素
        for (int i = front; i < front + size();i++){
            System.out.println("arr["+ 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");
        }
        return arr[front];
    }
}