1. 队列的介绍
- 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
- 示意图:(使用数组模拟队列示意图)
2. 数组模拟队列的思路
- 队列本身提有序列表，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下图，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。
- 当我们将数据存入队列时称为”addQueue”, addQueue 的处理需要有两个步骤:思路分析
- 将尾指针往后移: rear+1 ，当front == rear【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。rear == maxSize - 1 [队列满]
3. 普通队列实现的参考代码
注：下述代码front默认初始值为 -1 ，rear 的默认初始值为 -1
package datastructureexamples;
import java.util.Scanner;
public class arrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
//创建一个队列
arrayQueue queue = new arrayQueue(3);
char key = ' ';//接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输出一个菜单
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):添加数据到队列");
System.out.println("g(get):从队列中取出数据");
System.out.println("h(head):查看队列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
switch(key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g'://取出数据
try{
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
}catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h'://查看队列头的数据
try{
int res = queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
}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~~");
// TODO Auto-generated method stub
}
}
class arrayQueue{
private int maxSize; //表示数组的最大容量
private int front; //队列头
private int rear; //队列尾
private int[] arr; //该数组用于存放数据，模拟队列
public arrayQueue(int arrmaxsize){
maxSize = arrmaxsize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;//指向队列头部，分析出front是指向队列头部的前一个位置
rear = -1;//指向队列尾，指向队列尾的数据（即就是队列最后一个数据）
}
//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;
}
//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，不能加人数据-");
return;
}
rear++;//让rear后移
arr[rear] = n;
}
//获取队列的数据,出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否为空
if(isEmpty()){
//通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
front++;//front后移
return arr[front];
}
//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;
}
for(int i = 0; i < arr.length; i++){
System.out.printf("arr[%d] = %d\n",i, arr[i]);
}
}
//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("队列是空的，没有数据");
}
return arr[front + 1];
}
}
输出结果：
队列空的，没有数据
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列中取出数据
h(head):查看队列头的数据
h
e.getMessage()
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列中取出数据
h(head):查看队列头的数据
g
队列空，不能取数据
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列中取出数据
h(head):查看队列头的数据
注：上述用数组去模拟队列的方法有一个缺陷，即内存只开辟了一次，数据只能存储一次，当全部取出数据之后，不能添加新的数据到已经空余的内存空间中。因此需要设置一种新的队列的实现方式来改变上述队列的弊端。
4. 数组模拟循环队列
-
对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组.因此将数组看做是一个环形的。(通过取模的方式来实现即可)
-
分析说明:
- 尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定,这个在做判断队列满的时候需要注意 (rear + 1) % maxSize == front [满]
- rear == front [空]
- 分析示意图:
思路如下:
-
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 -
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 -
当队列满时,条件是 (rear +1) % maxSize = front【满】
-
对队列为空的条件，rear== front [空]
-
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
-
我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列
5. 循环队列实现的参考代码
package datastructureexamples;
import java.util.Scanner;
public class CircleArraryQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~");
//创建一个环形队列
CircleArray queue = new CircleArray(4);//说明设置4，其队列的有效数据最大是3
char key = ' ';//接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);//
boolean loop = true;
//输出一个菜单
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):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
switch(key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g'://取出数据
try{
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
}catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try{
int res = queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
}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 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=О
private int front; //队列头
//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; //该数组用于存放数据，模拟队列
public CircleArray(int arrmaxsize){
maxSize = arrmaxsize;
arr = new int[maxSize];
//front = 0;//注:此处front和rear的初始值设置可以省略，front和rear的默认初始值为零
//rear = 0;
}
//判断队列是否为满
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，这里必须考虑取模
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;
}
//思路： 从front 开始遍历，遍历多少个元素
//动脑筋
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(){
//rear = 2
// front = 1
// maxSize = 3
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];
}
}
输出结果：
测试数组模拟环形队列的案例~~
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
s
队列空的，没有数据~~
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
a
输出一个数
10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
a
输出一个数
20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
a
输出一个数
30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
a
输出一个数
40
队列满，不能加入数据--
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
g
取出的数据是10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
s
arr[1]=20
arr[2]=30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
s
arr[1]=20
arr[2]=30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
a
输出一个数
40
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
a
输出一个数
50
队列满，不能加入数据--
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
h
队列头的数据是20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):从队列取出数据
h(head):查看队列头的数据
.