数据结构之环形队列

数组模拟环形队列

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组，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]
    3. 测试示意图:

代码实现

package cn.tedu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @ClassName CircleArrayQueueDemo
 * @Description
 * @Author keke
 * @Time 2022/1/3 14:47
 * @Version 1.0
 */
public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个队列
        // 有效数据是 maxSize - 1
        CircleArrayQueue circleArrayQueue = new CircleArrayQueue(4);
        // 接收用户输入
        char key = ' ';
        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);
            switch (key) {
                case 's':
                    circleArrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.print("输出一个数：");
                    circleArrayQueue.addQueue(scanner.nextInt());
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        System.out.println("取出的数据是：" + circleArrayQueue.getQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        System.out.println("队列头的数据是：" + circleArrayQueue.headQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}
class CircleArrayQueue {

    /**
     * 数组的最大容量
     */
    private int maxSize;

    /**
     * 队列头：
     * 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;

    /**
     * 队列尾：
     * 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;

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

    public CircleArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        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
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    /**
     * 添加数据到队列
     *
     * @param n
     */
    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
     * @return
     */
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            // 通过异常抛出
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        // 这里需要分析 front 是指向队列的第一个元素
        // 1.先把 front 对应的值保存到一个临时的变量
        // 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;
        }
        // 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", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

    /**
     * 求出当前队列有效数据的个数
     * @return
     */
    public int size(){
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    /**
     * 显示队列的头部，注意不是取出数据
     *
     * @return
     */
    public int headQueue() {
        // 判断
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据");
        }
        return arr[front];
    }
}

截图