队列的模拟及环形队列思路

定义

• 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

模拟思路

• 队列本身是有序列表，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，如图所示

入队出队操作模拟

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：

• 将尾指针往后移：rear+1 , 当 front == rear 时，队列为空

• 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时，队列满

注意：front指向的是队列首元素的前一个位置

实现代码

import java.util.Scanner;
 
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true;
        while (flag){
            System.out.println("输入a(add)添加数据");
            System.out.println("输入g(get)取出数据");
            System.out.println("输入s(show)显示所有数据");
            System.out.println("输入h(head)显示头部数据");
            System.out.println("输入e(exit)退出程序");
            char c = scanner.next().charAt(0);
            switch (c){
                case "a":
                    System.out.println("请输入数据");
                    int num = scanner.nextInt();
                    queue.addNum(num);
                    break;
                case "g":
                    try {
                        queue.getQueue();
                        System.out.println("取出成功");
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case "s":
                    queue.showQueue();
                    break;
                case "h":
                    try {
                        queue.headQueue();
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case "e":
                    flag = false;
                    System.out.println("程序已退出");
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        scanner.close();
    }
}
 
class ArrayQueue{
    private int maxSize;//队列的大小
    private int front;//指向队列首元素的前一个位置
    private int rear;//指向队列的尾元素
    private int[] arr;//用数组来实现队列
 
    //构造方法初始化
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        front = -1;//指向的是队列第一个元素的前一个位置
        rear = -1;
        arr = new int[maxSize];
    }
 
    /**
     * 判断队列是否装满
     * @return
     */
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize-1;
    }
 
    /**
     * 判断队列是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }
 
    /**
     * 为队列添加数据
     * @param num
     */
    public void addNum(int num){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已经满了,无法再加入数据");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = num;
    }
 
    /**
     * 取出队列中的数据
     * @return
     */
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取出数据");
        }
        front++;
        return arr[front]=0;
    }
 
    /**
     * 显示队列的所有数据
     */
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空,没有数据");
            return;
        }
        for (int i = 0; i<arr.length; i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d
",i,arr[i]);
        }
    }
 
    /**
     * 显示队列的头数据,注意不是取出数据
     * @return
     */
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空,没有数据");
        }
        return arr[front+1];
    }
}