循环队列的定义与代码实现

循环队列的定义

普通的队列有许多的不足，常常有出现“假溢出”这种现象；但是，循环队列恰好可以解决这些问题。
循环队列解决假溢出的办法是后面满了，就再从头开始，也就是头尾相接的循环。我们把队列的这种头尾相接的顺序存储结构称为循环队列。

循环队列用到的公式：

队列满的公式：（rear+1）%QueueSize == front
队列长度公式：（rear-front+QueueSize）%QueueSize

front：队列头，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，初始值为 0
rear：队列尾，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，初始值为0
QueueSize：表示数组的最大容量

循环队列图解：

假设我们初始化一个QueueSize = 5 的循环队列（因为下标从0开始），此时front和rear的值都为0；

当我们往队列放入4个数据后，此时的队列已经满了（保留一个元素空间）

此时代入队列满的公式进行验算：（4+1）%5 == 0 ；显而易见，公式左边5%5结果为0；公式右边front的值也为0；所以该公式验算结果为队列满。

此时再代入求队列长度的公式进行验算：（4-0+5）%5 = 4，求得结果为4，验算正确。

当a1、a2出队，并入队a5、a6后，就是下图的样子

循环队列代码实现

package com.Lindom.数据结构.队列;
import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueue02 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4);
        char key; //接收用户输入
        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): 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);
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                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;
                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':
                    scanner.close();
                    loop =false;
                    break;
                default:
                    System.out.println("您输入的指令无效！请重新输入：");
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出啦！");
    }
}

//使用模拟队列编写ArrayQueue类
class CircleArrayQueue{
    private int maxSize;  //表示数组的最大容量
    //front 队列头 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
    //初始值为 0
    private int front;
    //rear 队列尾  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.
    //的初始值 = 0
    private int rear;
    private int[] arr;  //该数组用于存放数据，模拟队列

    //创建队列的构造器
    public CircleArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    //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;
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否为满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满，不能加入数据！");
            return;
        }
//        arr[rear % maxSize] = n;   //一开始想出的这两行代码不可行，有bug，后期无法判断队列是否为空
//        rear++;

        arr[rear] = n;
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    //获取队列数据，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，不能获取数据");
        }

        // 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("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        for (int i = front; i < front + getSize(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n" , i % maxSize ,arr[i % maxSize]);
        }
    }

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

    //显示队列的头数据，注意不是取出数据
    public int headQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
        }
        return arr[front];
    }
}

以上就是代码的运行过程！希望本文章对你有所帮助！

本文地址：https://blog.csdn.net/weixin_44928884/article/details/107080955