JAVA数据结构与算法之数组模拟队列

• 前言：
  数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。

队列

队列简介：

• 队列属于一种线性存储结构，是一个特殊的线性表
• 队列是一种先入先出 FIFO的线性表

队列的存储结构：

• 顺序存储：
  利用一组连续的地质单元存放队列元素（通常使用数组）
  

(注：因数组模拟队列，为了方便起见出入队只将两个指针进行移动)

• 链式存储：

后续更新

队列基本操作：

• 入队(增)： 将数据放入队尾(rear)，并将队尾指针后移一位
• 出队(删)： 将队首(front) 数据取出，并将队首指针后移一位
• 查询队首元素(查)： 返回队首元素的值，并不移动指针
• 判断队列是否为空： 判断队列中是否含有数据
• 判断队列是否已满： 判断队列是否满或者 假溢出¹

代码实现以及思路：

• 准备工作：

• 对程序中用到的变量做出如下约定：
  front：指向队列头前一个元素
  rear：指向队尾

	private int maxSize; // 最大容量
	private int front; // 指向队列头前一个元素
	private int rear; // 指向队列尾
	private int[] data; // 核心数组

	public ArrayQueue(int maxSize) {
		this.maxSize = maxSize;
		this.data = new int[maxSize];
		this.front = -1;
		this.rear = -1;
	}

• 判空：

1. 本身未插入数据，即 rear=front=-1
2. 插入数据后又将数据全部取出，已经取走队尾的数据，即 rear=front

	/**
	 * <pre>
	 * 队列是否为空
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 */
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}

• 判满：

判断队尾指针是否已经到达顺序表最后一位

	/**
	 * <pre>
	 * 队列是否为空
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 */
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}

• 入队(增)：

1. 先判断队列是否已满
2. 将数据写在当前队尾的后一个位置
   （1）先将队尾指针后移
   （2）将数据写入队尾指针所在位置

	/**
	 * <pre>
	 * 向队列中增加数据
	 * 
	 * <pre>
	 * 
	 * @param n 插入数据
	 * @see ArrayQueue#isFull()
	 */
	public void add(int n) {
		// 判断队列是否已满
		if (isFull())
			throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("队列已满");
		/**
		 * 等同于<code>rear++; data[rear]=n;</code>
		 */
		data[++rear] = n;
	}

• 出队：

1. 先判断队列是否为空
2. 取出队首位置元素，并将队首指针后移
   （1）因我们约定front指向队首前一个元素，先将front后移
   （2）再取出front位置的元素

	/**
	 * <pre>
	 * 取数据
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 * @see ArrayQueue#isEmpty()
	 */
	public int get() {
		if (isEmpty())
			throw new RuntimeException("队列空");
		/**
		 * 等同于<code>front++; return data[front];</code>
		 */
		return data[++front];
	}

• 查询队首元素：

思路与出队基本相同，但是不讲队首指针后移
因此只需取出front+1位置上的元素

	/**
	 * <pre>
	 * 读取队首数据
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 * @see ArrayQueue#isEmpty()
	 */
	public int read() {
		if (isEmpty())
			throw new RuntimeException("队列空");
		/**
		 * 等同于<code>front=front+1; return data[front];</code>
		 */
		return data[front + 1];
	}

• 打印队列：

1. 首先判断队列是否为空
2. 遍历核心数组
   但是因为在做出队时只是将front后移，并没有真正的删除
   因此在遍历时，应从front+1的位置开始，到rear的位置结束

	/**
	 * 打印数据
	 * 
	 * @see ArrayQueue#isEmpty()
	 */
	public void display() {
		if (isEmpty())
			throw new RuntimeException("队列空");
		for (int i = front + 1; i <= rear; i++) {
			System.out.print(data[i] + " ");
		}
		System.out.println();
	}

完整代码：

package DataStructures.linear.queue;

/**
 * 
 * <pre>
 * 数组实现队列
 * </pre>
 * 
 * @param <code>int   maxSize</code>->最大容量
 * @param <code>int   front</code>->指向队列头前一个元素
 * @param <code>int   rear</code>->指向队列尾
 * @param <code>int[] data</code>->核心数组
 * 
 * @author Lansion
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class ArrayQueue {

	private int maxSize; // 最大容量
	private int front; // 头
	private int rear; // 尾
	private int[] data; // 核心数组

	public ArrayQueue(int maxSize) {
		this.maxSize = maxSize;
		this.data = new int[maxSize];
		this.front = -1;
		this.rear = -1;
	}

	/**
	 * <pre>
	 * 队列是否已满
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 */
	public boolean isFull() {
		return rear == maxSize - 1;
	}

	/**
	 * <pre>
	 * 队列是否为空
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 */
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}

	/**
	 * <pre>
	 * 向队列中增加数据
	 * 
	 * <pre>
	 * 
	 * @param n 插入数据
	 * @see ArrayQueue#isFull()
	 */
	public void add(int n) {
		// 判断队列是否已满
		if (isFull())
			throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("队列已满");
		/**
		 * 等同于<code>rear++; data[rear]=n;</code>
		 */
		data[++rear] = n;
	}

	/**
	 * <pre>
	 * 取数据
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 * @see ArrayQueue#isEmpty()
	 */
	public int get() {
		if (isEmpty())
			throw new RuntimeException("队列空");
		/**
		 * 等同于<code>front++; return data[front];</code>
		 */
		return data[++front];
	}

	/**
	 * <pre>
	 * 读取队首数据
	 * </pre>
	 * 
	 * @return
	 * @see ArrayQueue#isEmpty()
	 */
	public int read() {
		if (isEmpty())
			throw new RuntimeException("队列空");
		/**
		 * 等同于<code>front=front+1; return data[front];</code>
		 */
		return data[front + 1];
	}

	/**
	 * 打印数据
	 * 
	 * @see ArrayQueue#isEmpty()
	 */
	public void display() {
		if (isEmpty())
			throw new RuntimeException("队列空");
		for (int i = front + 1; i <= rear; i++) {
			System.out.print(data[i] + " ");
		}
		System.out.println();
	}
}

---

1. 是指队尾指针已经指向最后一个存储位置，但前面仍有空闲位置，这时程序已经认为队列已满，其实还有空间，防止假溢出最简单的方式就是环形队列。 ↩︎