数据结构之队列

队列

使用场景

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。即：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)

数组模拟队列思路

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
因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量 front 和 rear 分别记录队列前后端的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear 则是随着数据输入而改变，如图所示：

当我们将数据存入队列称为”addQueue”，addQueue 的处理需要两个步骤：
- 1. 将尾指针往后移：rear + 1，，当 front == rear 【空】
  2. 若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize -1，则将数据存入 rear 所指的数组元素中2，否则无法存入数据，rear == maxSize – 1 【队列满】

代码

package cn.tedu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @ClassName ArrayQueueDemo
 * @Description
 * @Author keke
 * @Time 2022/1/3 11:03
 * @Version 1.0
 */
public class ArrayQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个队列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        // 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':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.print("输出一个数：");
                    arrayQueue.addQueue(scanner.nextInt());
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        System.out.println("取出的数据是：" + arrayQueue.getQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        System.out.println("队列头的数据是：" + arrayQueue.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");
    }
}

/**
 * 使用数组模拟队列 编写一个 ArrayQueue 类
 */
class ArrayQueue {

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

    /**
     * 队列头
     */
    private int front;

    /**
     * 队列尾
     */
    private int rear;

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

    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        // 指向队列头部，分析出 front 是指向队列头的前一个位置
        front = -1;
        // 指向队列尾部，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据)
        rear = -1;
    }

    /**
     * 判断队列是否满
     */
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1;
    }

    /**
     * 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;
        }
        // 让 rear 后移
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }

    /**
     * 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");
        }
        // front 后移
        front++;
        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 + 1];
    }
}