Java 单向队列及环形队列

队列的特点

1.可以使用数组和链表两种方式来实现。

2.遵循先入先出(FIFO)的规则，即先进入的数据先出。

3.属于有序列表。
图解实现过程：

1.定义一个固定长度的数组，长度为maxSize。

2.设置两个指针first = -1（指向队列第一个数据的前一位，这样保证在添加第一个数据以后头指针为0，和数组的下标一样，且用于操作出队）和last = -1(指向队尾，用于操作入队)。

3.即first会因为出队操作而增加，last会因为入队操作而增加

代码实现：

package 队列;

public class ArrayQueueTest {

    public static void main(String[] args) {

        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);

        arrayQueue.addQueue("琼");

        arrayQueue.addQueue("赟");

        arrayQueue.addQueue("珑");

        arrayQueue.showAllQueueData();

        System.out.println(arrayQueue.getQueue());

    }

}

class ArrayQueue{

    private int maxSize;//定义队列的最大长度

    private int first ;//指向队列头的前一个位置！！前一个位置！！出队方向

    private int last ;//指向队列尾部!!即最后一个数据！！！入队方向

    private String[] arr; //先建一个空的数组，具体长度未知，需要maxSize来确定。

    //构造器初始化队列信息

    public ArrayQueue(int maxSize){

        this.maxSize = maxSize;

        this.first = -1;

        this.last = -1;

        arr = new String[maxSize];

    }

    //判断是否为空

    public boolean isEmpty(){

        if (first == last) {

            System.out.println("队列为空~~");

            return true;

        }else {

            System.out.println("队列不为空~~");

            return false;

        }

    }

    //判断队列是否满

    public boolean isFull(){

        if (last == maxSize-1) {

            System.out.println("队列已满~~");

            return true;

        }else {

            System.out.println("队列未满~~");

            return false;

        }

    }

    //入队

    public void addQueue(String data){

        if (last == maxSize-1){

            System.out.println("队列已满，不能再添加！！");

            return;

        }else {

            last++; //添加数据只和末尾下标有关

            arr[last] = data;

            return;

        }

    }

    //出队

    public String getQueue(){

        if (isEmpty()) {

            //因为getQueue方法是int型，需要返回数据，如果无数据，也需要返回

            //如果返回-1或者其他数据，会让人误解获取到的数就是-1或者其他

            //所以用抛出异常来处理

            throw new RuntimeException("队列为空，无数据~~");

        }

        else {

            first++;

            return arr[first];

        }

    }

    //遍历队列所有信息

    public void showAllQueueData(){

        if (first == last){

            return;

        }

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {

            System.out.println("arr["+i+"]"+"="+arr[i]);

        }

    }

    //获取队列头数据

    public String headQueueData(){

        if (isEmpty()){

            throw new RuntimeException("无数据~~~");

        }

        return arr[++first];

    }

}

缺点：

由于出队操作，使得first指针上移变大，导致数组前面空出来的位置就不能再继续添加数据，即不能再被重复使用，这样一个队列只能使用一次，内存效率太低，所以需要使用环形队列来优化解决。
优化解决——环形队列实现思路

1.first指针初始默认设置为0，指向队列头部，则arr[first] 就是第一个数据。

2.last指针初始默认也为0，但是会随着增加数据而后移。

3.队列满的条件：
```
(last + 1) % maxSize ==  first
```
last+1是为了让指针后移，而且如果不设置为 last+1 那么一开始的时候last为0 ， last % maxSize == 0，且first也为0，还没加数据就满了。

4.队列为空的条件：
```
first == last
```
5.由于判断是否满的时候： last+1 ，导致实际上可以装的数据比数组长度少 1

环形队列各步骤及各方法实现讲解

1.队列初始化：

class CircleArryQueue{

    private int maxSize ; //数组长度，即队列最大容量

    private int first; 	  //头指针，控制出队操作

    private int last;	  //尾指针，控制入队操作

    private int[] arr;	  //数组类型，可以换其他的。

    //构造器初始化信息

    public CircleArryQueue(int maxSize){

        this.maxSize = maxSize;

        this.arr = new int[maxSize];

        this.first = 0;		//这两个可以不加，不叫也是默认为0

        this.last = 0;

    }

}

2.判断队列是否为空：

 public boolean isEmpty(){

        //头指针和尾指针一样 则说明为空

        return last == first;

    }

3.判断队列是否满：

/*

*这里的 last+1 主要是为了让指针后移，特别是在队列尾部添加数据的时候，本来用last也可以判断，但

*是一开始还没加数据的时候，如果直接用last % maxSize == first，结果是true，所以为了解决指针后*移和判断是否满，用来last+1。其次，因为last+1可能会导致数组指针越界，所以用取模来控制它的范  * 围，同时保证他会在一个固定的范围循环变换，也利于环形队列的实现。

*/

public boolean isFull(){

    return (last + 1) % maxSize == first;

}

4.添加数据到队列尾部：入队

public void pushData(int data){

    //先判断是否满了

    if(isFull()){

        System.out.println("队列已经满啦~~");

        return;

    }

    arr[last] = data;

    //last+1是为了后移，取模是为了避免指针越界，同时可以让指针循环

    last = (last + 1) % maxSize;

}

5.取出队首数据：出队

public int popData(){

        if (isEmpty()) {

            //抛异常就可以不用返回数据了

            new RuntimeException("队列为空，没有获取到数据~~");

        }

 		//要先把first对应的数组数据保存——>first后移——>返回数据

        int value = arr[first];

		//first+1的操作和last+1是一样的，取模也是

        first = (first+1) % maxSize;

        System.out.println(value);

        return value;

    	//如果不保存first指针 那么返回的数据就不对了

		//如果直接返回数据，那first指针还没后移 也不对，所以需要使用第三方变量

    }

6.展示队列中所有数据：

public void showAllData(){

        if (isEmpty()) {

            System.out.println("队列为空，没有数据~~");

            return;

        }

		//此处i不为0，是因为有可能之前有过popData()操作，使得firs不为0，所以最好使用

    	//first给i动态赋值，

        for (int i = first; i < first+size() ; i++) {

            System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+arr[i%maxSize]);

        }

7.获取队列中数据的总个数：

public int dataNum(){

	//韩顺平老师的教程上是这样写，但是我理解不了..........。

	return (last+maxSize-first) % maxSize;

}

8.查看队首数据但不弹出：

public void seeFirstData(){

    return arr[first];

}

全部代码整合：

package 练习;

import java.util.Scanner;

public class CircleArryQueue {

    public static void main(String[] args){

        CircleQueue circleQueue = new CircleQueue(4);

        System.out.println("--------测试环形队列--------");

        char key = ' ';

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        boolean flag = true;

        while (flag){

            System.out.println("s(showAllData):查看队列数据");

            System.out.println("p(pushData):队尾添加数据");

            System.out.println("g(popData):弹出队头数据");

            System.out.println("h(seefirstData)：获取队头数据");

            System.out.println("e(exit):退出程序");

            key = scanner.next().charAt(0);

            switch (key){

                case 's':

                    circleQueue.showAllData();

                    break;

                case 'p':

                    System.out.println("输入一个数据：");

                    int obj = scanner.nextInt();

                    circleQueue.pushData(obj);

                    break;

                case 'g':

                    circleQueue.popData();

                    break;

                case 'h':

                    circleQueue.seeFirstData();

                    break;

                case 'e':

                    scanner.close();

                    flag = false;

                    break;

                default:

                    break;

            }

        }

        System.out.println("程序结束~~~");

    }

}

class CircleQueue {

    private int maxSize ; //数组长度，即队列最大容量

    private int first; 	  //头指针，控制出队操作

    private int last;	  //尾指针，控制入队操作

    private int[] arr;	  //数组类型，可以换其他的。

    //构造器初始化信息

    public CircleQueue(int maxSize){

        this.maxSize = maxSize;

        this.arr = new int[maxSize];

        this.first = 0;		//这两个可以不加，不叫也是默认为0

        this.last = 0;

    }

    public boolean isEmpty(){

        //头指针和尾指针一样 则说明为空

        return last == first;

    }

/*

*这里的 last+1 主要是为了让指针后移，特别是在队列尾部添加数据的时候，本来用last也可以判断但

*是一开始还没加数据的时候，如果直接用last % maxSize == first，结果是true，所以为了解决指针

*后移和判断是否满，用来last+1。其次，因为last+1可能会导致数组指针越界，所以用取模来控制它

*的范围，同时保证他会在一个固定的范围循环变换，也利于环形队列的实现。

*/

    public boolean isFull(){

        return (last + 1) % maxSize == first;

    }

    public void pushData(int data){

        //先判断是否满了

        if(isFull()){

            System.out.println("队列已经满啦~~");

            return;

        }

        arr[last] = data;

        //last+1是为了后移，取模是为了避免指针越界，同时可以让指针循环

        last = (last + 1) % maxSize;

    }

    public int popData(){

        if (isEmpty()) {

            //抛异常就可以不用返回数据了

            throw new RuntimeException("队列为空，没有获取到数据~~");

        }

        //要先把first对应的数组数据保存——>first后移——>返回数据

        int value = arr[first];

        //first+1的操作和last+1是一样的，取模也是

        first = (first+1) % maxSize;

        System.out.println(value);

        return value;

        //如果不保存first指针 那么返回的数据就不对了

        //如果直接返回数据，那first指针还没后移 也不对，所以需要使用第三方变量

    }

	//查看所有数据

    public void showAllData(){

        if (isEmpty()) {

            System.out.println("队列为空，没有数据~~");

        }

        //此处i不为0，是因为有可能之前有过popData()操作，使得firs不为0，所以最好使用

        //first给i动态赋值，

        for (int i = first; i < first+dataNum() ; i++) {

            System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+arr[i%maxSize]);

        }

    }

	//查看有效数据个数

    public int dataNum(){

        //韩顺平老师的教程上是这样写，但是我理解不了..........。

        return (last+maxSize-first) % maxSize;

    }

	//查看队列第一个数据

    public int seeFirstData(){

        System.out.println(arr[first]);

        return arr[first];

    }

}

最后：

部分内容参考自B站韩顺平老师java数据结构课程，由于笔者水平有限，整理的博文中难免有不不足和理解不对的地方，欢迎留言批评指正。码字不易，调试费神。欢迎转载转发，但请注明出处。如有帮助，欢迎打赏一杯咖啡调试bug。

巴特西

Java 单向队列及环形队列

队列的特点

图解实现过程：

代码实现：

缺点：

优化解决——环形队列实现思路

环形队列各步骤及各方法实现讲解

全部代码整合：

最后：

最新文章

热门文章