数据结构之数组实现环形队列

关于数据结构之数组实现队列：https://blog.csdn.net/Zhouzi_heng/article/details/108735975

这次学习了使用数组模拟环形队列

对之前的数组模拟队列的优化，为了充分利用数组. 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)

1、分析说明：

（1）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]

（2）rear == front [空]

（3）测试示意图:

 

2、思路如下:

（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 【满队列】

（4）对队列为空的条件， rear == front 【空队列】

（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

（6）我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列。

3、代码实现

（1）定义一个数组队列类，并定义其属性

class CircleArray{
		private int maxSize;        //表示数组的最大容量
		private int front;          //队列头部:指向队列的第一个元素
		private int rear;           //对列尾部:指向队列最后一个元素的后一个位置
		private int[] arr;          //该数组用于存放数据，模拟队列
}

这里front指向队列头部；rear指向对列尾部数据的后一个位置。

（2）在类中定义相应的方法

（a）初始化方法

//1、构造函数
public CircleArray(int arrMaxSize){
	maxSize = arrMaxSize;  
	arr = new int [maxSize];	
	
	front = 0;
	rear = 0; 
}

（b）判断是否满队列

//2、判断是否满
public boolean isFull(){
	return (rear + 1) % maxSize == front;
}

因为空了一个位置，所以rear需要加1，再者，这是循环队列，所以要对最大值取余。

（c）判断是否为空

//3、判断是否为空
public boolean isEmpty(){
	return front == rear;
}

（d）添加数据

//4、添加数据
public void addQueue(int n){
	//判断
	if(isFull()){
		System.out.println("队列满，不能添加数据......");
		return ;
	}
	//直接赋值,在将尾指针后移，考虑取模
	arr[rear] = n;
	rear = (rear + 1) % maxSize;
}

（e）获取队列的数据，出队列

public int getQueue(){
	//判断
	if(isEmpty()){
		//抛出异常
		throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
	}
	//需要分析front是指向队列的第一个数据
	//1、先把front对应的数据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;
}

（f）求出当前队列的有效个数

public int size(){
	return (rear-front+maxSize)%maxSize;
}

（g）显示队列所有的数据

public void showQueue(){
	//判断
	if(isEmpty()){
		System.out.println("队列是空的，没有数据......");
		return ;
	}
	//思路：从front开始遍历
	for(int i=front;i<front+size();i++){
		System.out.printf("arr[%d] = %d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
	}
}

（h）显示头元素

public int headQueue(){
	//判断为空
	if(isEmpty()){
		throw new RuntimeException("队列为空，没有数据......");
	}
	return arr[front];
}

（i）显示尾元素

public int rearQueue(){
	//判断为空
	if(isEmpty()){
		throw new RuntimeException("队列为空，没有数据......");
	}
	return arr[rear-1];
}

测试

System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例......");
	//测试
	CircleArray queue = new CircleArray(4);           //初始化队列,有效数据格式其实是3个
	char key = ' ';                                 //输入
	Scanner scanner = new Scanner(System.in);       //扫描器，需要导包
	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");
		System.out.println("r(rear):查看队列尾的数据");
		key = scanner.next().charAt(0);           //接收一个字符
		
		switch(key){
		//显示队列
		case 's': 
			queue.showQueue();
			break;
		//添加数据
		case 'a':
			System.out.println("请输入一个数：");
			int value = scanner.nextInt();
			queue.addQueue(value);
			break;
		//取出数据
		case 'g':
			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;
		
		//查看对列头的数据
		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.printf(e.getMessage());
			}
			break;
		
		//查看对列尾的数据
		case 'r':
			try{
				int res = queue.rearQueue();
				System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
			}catch(Exception e){
				System.out.printf(e.getMessage());
			}
			break;
            
            	//退出
		case 'e':
			scanner.close();
			loop = false;
			break;
		default:
			break;
		
		}
	}
	
	System.out.printf("程序退出......");