java数据结构和算法——数组模拟队列（queue）

一、队列介绍

• 队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
• 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

二、数组模拟队列介绍

• 队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如上图图, 其中 maxSize 是该队列的最大容量。
• 因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量 front及 rear分别记录队列前后端的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear则是随着数据输入而改变。
• front 指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置
• rear 指向队列尾部，分析出rear是指向队列尾部的数据（即队列最后一个数据）
• 将尾指针往后移：rear+1
• 当front == rear ，队列为空
• 若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1，则将数据存入 rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。 当rear == maxSize - 1，说明队列已满。

三、数组模拟队列示例代码

1）、使数组模拟队列类

package com.rf.springboot01.dataStructure;
/**
 * @description: 使数组模拟队列类
 * @author: xiaozhi
 * @create: 2020-07-14 21:41
 */
public class ArrayQueue {
    private int maxSize;//表示数组队列的最大容量
    private int front;//数组队列头部
    private int rear;//数组队列尾部
    private int[] arr;//用于存放数据，模拟队列

    //创建队列的构造函数
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;//指向队列头部，front是指向队列头部数据的前一个位置
        rear = -1;//指向队列尾部，rear是指向队列尾部数据
    }

    //判断队列是否已满
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize-1;//rear队列尾部数据==最大容量，说明队列已满
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
       return front==rear; //队列头部指针==队列尾部指针，说明队列为空
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否已满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满，不能往队列中添加数据。");
            return;
        }
        rear++;//队列尾部指针向后移动
        arr[rear]=n;
    }

    //获取队列数据，出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，不能从队列获取数据。");
        }
        front++;//队列头部指针向后移动
        return arr[front];
    }

    //显示队列中所有数据
    public  void showQueue(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列是空的，没有数据。");
        }
        for(int i=0;i<arr.length;i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
        }
    }

    //显示队列的头部数据
    public int headQueue(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列是空的，没有数据。");
        }
        return arr[front+1];
    }

}

2）、使数组模拟队列测试类

package com.rf.springboot01.dataStructure;

import java.util.Scanner;

/**
 * @description: 使数组模拟队列测试类
 *                 问题分析并优化思路
 *                 1、问题：目前数组使用一次就不能用，没有达到复用的效果
 *                 2、优化思路：将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列 取模的方式
 * @author: xiaozhi
 * @create: 2020-07-14 22:42
 */
public class TestArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        char key=' ';//接收用户输入
        boolean f=true;
        while(f){
            System.out.println("s(show)：显示队列");
            System.out.println("e(exit)：退出队列");
            System.out.println("a(add)：添加数据到队列");
            System.out.println("g(get)：从队列中获取数据");
            System.out.println("h(head)：显示队列头部数据");
            key=scanner.next().charAt(0);
            switch (key){
                case 's'://显示队列
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a'://添加数据到队列
                    System.out.println("请输入一个数：");
                    int value=scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g'://从队列中获取数据
                    try {
                        int result = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("从队列中取出的数据是%d\n",result);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h'://显示队列头部数据
                    try {
                        int result = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("显示队列的头部数据是%d\n",result);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出队列
                    scanner.close();
                    f=false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}

四、数组模拟队列的问题分析并优化思路

1. 问题：目前数组使用一次就不能用，没有达到复用的效果
2. 优化思路：将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列 取模的方式