带你走进Java数据结构与算法（三）

🤗前言：上文学习了稀疏数组，本文带领大家走进队列~

队列

• ==有序列表==，用数组或链表来实现
• ==先进先出== ：存入队列的数据，要先取出

• front 随着数据出队而改变
• rear 随着数据入队而改变

队列操作

1. 队空条件：front == rear == null，rear + 1
2. 队满条件：rear = maxSize - 1，则继续入队，否则队满：rear = maxSize - 1

import java.util.Scanner;
​
/**
 * @author Kcs 2022/8/7
 */
public class ArrayQueueDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列对象
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        //接收用户输入
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输入一个菜单
        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):向队列添加数据");
            System.out.println("g(get):获取队列数据");
            System.out.println("h(head):查看用户头的数据");
            //接收一个字符
            key = scanner.next().charAt(0);
​
            switch (key) {
​
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
​
                case 'a':
                    System.out.println("输入数字：");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
​
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据是：" + res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
​
                //查看队列头数据
                case 'h':
​
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据：" + res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                //程序退出
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
​
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}
//使用数据模拟队列编写一个ArrayQueue类
​
class ArrayQueue {
​
    /**
     * 表示数组的最大容量
     */
    private int maxSize;
    /**
     * 队列头
     */
    private int front;
    /**
     * 队列尾
     */
    private int rear;
    /**
     * 存放数据数组
     */
    private int[] array;
​
    /**
     * 构造器
     */
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        array = new int[maxSize];
        //指向队列头部，队列头的前一个位置
        front = -1;
        //指向队列尾部，队列尾的数据（队列的最后一个数据）
        rear = -1;
    }
​
    /**
     * 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;
    }
​
    /**
     * 入队操作
     */
    public void addQueue(int n) {
        //判断是否队满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队满，不可以添加数据");
            return;
        }
        // rear后移
        rear++;
        array[rear] = n;
    }
​
    /**
     * 出队操作
     */
    public int getQueue() {
        //判断是否为空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据可取");
        }
        // front后移
        front++;
        return array[front];
    }
​
    /**
     * 显示队列数据
     */
    public void showQueue() {
        // 遍历队列
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，没有数据！！");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.printf("array[%d] = %d\n", i, array[i]);
        }
​
    }
​
    /**
     * 显示队列头部数据,不是取数据
     */
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据~~");
        }
        return array[front + 1];
    }
​
}

此时把内容取出完，但也不能添加入数据，还在占用空间

环形队列

分析

1. front 变量的含义做一个调整：front 指向队列的第一个元素，array[front] ，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，空出一个空间作为约定，rear 初始值 = 0
3. 队列==满==条件：(rear + 1) % maxSize = front
4. 队列为==空==的条件：rear = front
5. 队列中有效数据的个数：( rear +maxSize - front ) % maxSize // rear =1 , front = 0

import java.util.Scanner;
​
/**
 * @author Kcs 2022/8/7
 */
public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个环形队列对象
        // 队列有效数据最多只有3个
        CircleQueue queue = new CircleQueue(4);
        //接收用户输入
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输入一个菜单
        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):向队列添加数据");
            System.out.println("g(get):获取队列数据");
            System.out.println("h(head):查看用户头的数据");
            //接收一个字符
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
​
                case 'a':
                    System.out.println("输入数字：");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
​
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据是：" + res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
​
                //查看队列头数据
                case 'h':
​
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据：" + res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                //程序退出
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
​
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}
//使用数据模拟队列编写一个ArrayQueue类
​
class CircleQueue {
​
    /**
     * 表示数组的最大容量
     */
    private int maxSize;
    /**
     * front 指向队列的第一个元素，array[front] ，front 的初始值 = 0
     */
    private int front;
    /**
     * 1. rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置，空出一个空间作为约定，rear 初始值 = 0
     */
    private int rear;
    /**
     * 存放数据数组
     */
    private int[] array;
​
    /**
     * 构造器
     */
    public CircleQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        array = new int[maxSize];
    }
​
    /**
     * 判断队列是否满 (rear + 1) % maxSize == front
     */
    public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }
​
    /**
     * 判断队列是否为空 rear =  front
     */
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }
​
    /**
     * 入队操作,添加数据
     */
    public void addQueue(int n) {
        //判断是否队满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队满，不可以添加数据");
            return;
        }
        // 直接将数据加入
        array[rear] = n;
        //将rear后移，取模，判断队满,防止地址溢出
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }
​
    /**
     * 出队操作，取数据
     */
    public int getQueue() {
        //判断是否为空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据可取");
        }
        // front直接指向队列的第一个元素
        //1. front 对应的值保存到临时变量
        int value = array[front];
        //2. front 后移,取模，防止地址溢出
        front = (front + 1) % maxSize;
        //3.将临时保存的变量返回
        return value;
    }
​
    /**
     * 显示队列数据
     */
    public void showQueue() {
        // 遍历队列
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，没有数据！！");
            return;
        }
        //从front开始遍历，有效个数:( rear +maxSize - front ) % maxSize
        for (int i = front; i < front + effectiveValue(); i++) {
            System.out.printf("array[%d] = %d\n", i % maxSize, array[i % maxSize]);
        }
​
    }
​
    /**
     * 求出当前队列有效数据的个数
     */
    public int effectiveValue() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }
​
    /**
     * 显示队列头部数据,不是取数据
     */
    public int headQueue() {
        //判断为空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据~~");
        }
        return array[front];
    }
​
}