Java数据结构：队列（数组实现）

一，概述

1，队列是线性表的特例。它将元素排成队列，有入口（队尾）和出口（队头），数据元素只能从队尾入队，从队头离队。所以队列有先进先出或后进后出的特点。

2，生活中有许多问题可以用队列来描述，比如食堂打饭，银行排号等。

3，在程序设计中，也经常使用队列记录一些需要按照先进先出方式处理的数据，例如键盘缓冲区，操作系统的作业调度。

二，队列的概念

队列是另一种限定存取位置的线性表。它允许在表的一段插入，在另一端删除，其中允许插入的一端称为队尾（Rear），允许删除的一端，称为对头（Front）。从队尾删除插入元素的操作称为入队；从队头删除元素的操作，称为出队。

三，代码的实现

package com.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {

  public static void main(String[] args) {
    //测试
    ArrayQueue queue=new ArrayQueue(3);
    char key=' ';//接收用户输入
    Scanner scaner=new Scanner(System.in);
    boolean loop=true;
    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):查重队列头数据");
      key=scaner.next().charAt(0);//接收一个字符
      switch(key){
      case 's':
        queue.showQueue();
        break;  
      case 'a':
        System.out.println("输入一个数");
        int value=scaner.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) {
          // TODO: handle exception
          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) {
          // TODO: handle exception
          System.out.println(e.getMessage());
        }
      case 'e'://退出
        scaner.close();
        loop=false;
        break;
      default:
        break;
      }
    }
    System.out.println("程序退出");
  }

}
//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;//该数组用于存放数据，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是指向队列头部的前一个位置
     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;
   }
   //判读队列是否为空
   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，不能加人数据");
       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("队列为空，不能取数据");
     }
     front++;//front后移
     return arr[front];
   }
   //显示所有的队列
   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，注意不是取数据
   public int headQueue(){
     if(isEmpty()){
       throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据"); 
     }
     return arr[front+1];

   }
 }

四 队列的弊端（引出循环队列）

当rear大于容量时，新元素将无法入队，但事实上队列的低端任有空闲的存储单元，这种现象称为假溢。因此为了充分利用存储空间，对队列的的存储方式进行了一定的改进解决“假溢”现象，因此产生了循环队列。

循环队列主要通过取摸运算，来解决。

package com.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueue {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("测试数组模拟环形队列");
    CircleArray circlequeue=new CircleArray(6);
    char key=' ';//接收用户输入
    Scanner scaner=new Scanner(System.in);
    boolean loop=true;
    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):查看队列头数据");
      key=scaner.next().charAt(0);//接收一个字符
      switch(key){
      case 's':
        circlequeue.showQueue();
        break;  
      case 'a':
        System.out.println("输入一个数");
        int value=scaner.nextInt();
        circlequeue.addQueue(value);
        break;
      case 'g'://取出数据
        try {
          int res=circlequeue.getQueue();
          System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
        } catch (Exception e) {
          // TODO: handle exception
          System.out.println(e.getMessage());
        }
        break;
      case 'h'://查看队列头的数据
        try {
          int res=circlequeue.headQueue();
          System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
        } catch (Exception e) {
          // TODO: handle exception
          System.out.println(e.getMessage());
        }
      case 'e'://退出
        scaner.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 变量的含义做了一个调整：front就是指向队列的第一个元素，也就是说arr[font]就是队列的第一个元素，
    //front的初试值=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最后一个位置，因为希望空出一个空间作为约定
    //rear的初试值=0
    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
    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");
      }
      //直接将数据加入
      arr[rear]=n;
      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");
      }
      //这里要分析出front是指向队列的第一个元素
      //1，先把front的对应的值保存到一个零时变量
      //2，将font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()){
        //通过抛出异常
        throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
      }
      //思路：从front遍历，遍历多少个元素
      for(int i=front;i<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;
    }
    //显示头元素
    //显示队列的头数据，注意不是取数据
     public int headQueue(){
       if(isEmpty()){
         throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据"); 
       }
       return arr[front];

     }
}