【数据结构与算法 2】循环队列

约定不等于承诺〃 2021-08-29 11:09 453阅读 0赞

## **一、队列** ##

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。

进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。

## **二、循环队列** ##

在实际使用队列时，为了使队列空间能重复使用，往往对队列的使用方法稍加改进：无论插入或删除，一旦rear指针增1或front指针增1 时超出了所分配的队列空间，就让它指向这片连续空间的起始位置。自己真从MaxSize-1增1变到0，可用取余运算rear%MaxSize和front%MaxSize来实现。这实际上是把队列空间想象成一个环形空间，环形空间中的存储单元循环使用，用这种方法管理的队列也就称为循环队列。除了一些简单应用之外，真正实用的队列是循环队列。

在循环队列中，当队列为空时，有front=rear，而当所有队列空间全占满时，也有front=rear。为了区别这两种情况，规定循环队列最多只能有MaxSize-1个队列元素，当循环队列中只剩下一个空存储单元时，队列就已经满了。因此，队列判空的条件时front=rear，而队列判满的条件时front=（rear+1）%MaxSize。队空和队满的情况如图：

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## **三、代码实例** ##

### CircleArray ###

package com.atguigu.queue;
    
    public class CircleArray {
    	private int maxSize;
    	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 CircleArray(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) {
    		//判断队列是否满
    		if(isFull()) {
    			System.out.println("判断队列满");
    			return;
    		}
    		//直接将数据加入
    		arr[rear] = n;
    		//将rear后移，必须考虑取模
    		rear = (rear+1)%maxSize;
    	}
    	
    	//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对应的值保存到一个临时变量
    		//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() {
    		if(isEmpty()) {
    			//通过抛出异常
    			throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
    		}
    		//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 = 1 
    		// front = 0
    		// 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() {
    		if(isEmpty()) {
    			//通过抛出异常
    			throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
    		}
    		return arr[front];
    	}
    }

### CircleArrayQueueTest  ###

package com.atguigu.queue;
    
    import java.util.Scanner;
    
    public class CircleArrayQueueDemo {
    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.println("测试模拟环形队列");
    		//创建一个队列
    		CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4);
    		char key = ' ';//接收数据输入
    		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):退出队列");
    			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):查出队列头的数据");
    			key = scanner.next().charAt(0);
    			switch(key) {
    				case 's':
    					arrayQueue.showQueue();
    					break;
    				case 'a':
    					System.out.println("输出一个数");
    					int value = scanner.nextInt();
    					arrayQueue.addQueue(value);
    					break;
    				case 'g':
    					try {
    						int res = arrayQueue.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 = arrayQueue.headQueue();
    						System.out.printf("查出队列头的数据是%d\n",res);
    					}catch(Exception e) {
    						System.out.println(e.getMessage());
    					}
    					break;
    				case 'e':
    					scanner.close();
    					loop = false;
    					break;
    				default :
    			}
    		}
    		System.out.println("程序退出");
    	}
    }

## **四、控制台输出** ##

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