数据结构学习--环形队列（二）

Leefs 2020-01-26 PM 2125℃ 0条

# 数据结构学习--环形队列（二）

### 前言

上篇中，使用数组来模拟队列会出现数组使用一次就不能使用，没有达到复用效果的问题，本篇通过数组**模拟环形队列**来解决该问题。

### 概述

**数组模拟环形队列**

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数据，因此将数组看做是一个环形的。（通过取模的方式来实现即可）

**分析说明：**

> 1. 尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定，这个在做判断队列满的时候需要注意`(rear+1)%maxSize==front` [满]
>
> 2. rear==front[空]

**分析示意图：**

![02.队列01.png][1]

**思路如下：**

> 1. 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的初始值等于0.
>
> 2. 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的初始值等于0
> 3. 当队列满时，条件是`(rear+1)%maxSize==front`【满】
> 4. 当队列为空时，rear==front【空】
> 5. 队列中有效的数据的个数：`(rear+maxSize-front)%maxSize` //rear=1  front=0

在原来的队列上修改得到一个环形队列。

**代码**

```java
public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        CircleArray queue= new CircleArray(4);//说明：设置4，其队列的有效 数据最大是3
        char key=' ';//接收用户输入
        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):退出程序");
            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):查看队列头的数据");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g'://取出数据
                    try{
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h'://查看队列头的数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出
                    scanner.close();
                    loop=false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出！");
    }
}

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的初始值等于0.
    private int front;//对列头
    //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的初始值等于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("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        //思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
        for(int i=front;i<front+size();i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",maxSize,arr[i%maxSize]);
        }
    }
    //求出当前队列有效数据的个数
    public int size(){
        return (rear+maxSize-front)%maxSize;
    }
    //显示队列的头数据，注意不要取出数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据！");
        }
        return arr[front];
    }
}
```

[1]: https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/01/1338067133.png

标签: 队列, 数据结构

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