Java数据结构之队列（Queue）

1.使用场景

银行排队的案例：

2.队列介绍

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：

先存入队列的数据，要先取出。
后存入的要后取出

示意图：(使用数组模拟队列示意图)

3.实现方式1：数组模拟队列

思路分析

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。

front 是队列最前元素之前一个位置【不含最前】
rear 是队列最后元素【含最后】
插入队列，判断是否已满，将尾指针往后移：rear++，然后插入arr[rear]
移出队列，判断是否为空，将前指针往后移：front++，然后移出arr[front]
队列为空判断条件：当front == rear 【空】
队列是否满判断条件：rear == maxSize - 1【队列满】

代码实现

// 使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类

class ArrayQueue {

    private int maxSize; // 表示数组的最大容量

    private int front; // 队列头

    private int rear; // 队列尾

    private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列

    // 创建队列的构造器

    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {

        maxSize = arrMaxSize;

        arr = new int[maxSize];

        front = -1; // 指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置.

        rear = -1; // 指向队列尾，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据)

    }

    // 判断队列是否满

    public boolean isFull() {

        return rear == maxSize - 1;

    }

    // 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("队列满，不能加入数据~");

            return;

        }

        rear++; // 让rear 后移

        arr[rear] = n;

    }

    // 获取队列的数据, 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");

        }

        front++; // front后移

        return arr[front];

    }

    // 显示队列的所有数据

    public void showQueue() {

        // 遍历

        if (isEmpty()) {

            System.out.println("队列空的，没有数据~~");

            return;

        }

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

            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);

        }

    }

    // 显示队列的头数据， 注意不是取出数据

    public int headQueue() {

        // 判断

        if (isEmpty()) {

            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");

        }

        return arr[front + 1];

    }

}

出现问题

目前数组不能复用，用一次就用不了了

优化方式：将数组模拟成环形队列

4. 数组模拟环形队列

思路：

1.front变量的含义做调整：front指向队列的第一个元素，即arr[front]就是队列的第一个元素

2.rear变量的含义做调整：rear指向队列的最后一个元素的后一个元素，因为希望空出一个空间作为约定（队列实际容量=maxSize-1，理解为防止指向超出数组范围的地方报错）。

3.当队列满时，条件是：(rear + 1) % maxSize == front [满]

4.当队列空时，条件是：rear == front [空]

5.队列中有效数据的个数：(rear + maxSize - front) % maxSize

6.插入队列时，判断队满，先插入队列arr[rear]，然后rear++

7.移出队列时，判断队空，先移出队列arr[front]，然后front++

代码实现

class CircleArray {

    private int maxSize; // 表示数组的最大容量

    //front 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

    //front 的初始值 = 0

    private int front;

    //rear 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.

    //rear 的初始值 = 0

    private int rear; // 队列尾

    private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 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("队列满，不能加入数据~");

            return;

        }

        //直接将数据加入

        arr[rear] = n;

        //将 rear 后移, 这里必须考虑取模

        rear = (rear + 1) % maxSize;

    }

    // 获取队列的数据, 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("队列空的，没有数据~~");

            return;

        }

        // 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 = 2

        // front = 1

        // 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() {

        // 判断

        if (isEmpty()) {

            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");

        }

        return arr[front];

    }

}

巴特西

Java数据结构之队列（Queue）

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