Java基础之数组模拟循环队列

一、队列简介

队列是一个有序列表，遵循“先入先出”的原则，即先存入队列的数据要先取出，后存入的数据后取出。

队列有两种存储表示，顺序表示和链式表示。顺序表示可以用数组来实现。

二、数组模拟队列

用数组模拟队列时，设两个值front=0，rear=0。front表示队列首部第一个数据所在位置，rear表示尾部最后一个数据的下一个位置。

将数据插入数组队列时（入队），从尾部进行插入,即array[rear] = value,同时rear后移，rear++。取出数据时（出队），从头部取出数据,value = array[front]，同时front后移front++。

当front=0，rear=maxSize（数组的最大长度），队列满，不能再存入数据。

这时如果执行出队操作，又有空间可以存储，但继续插入数据，会出现溢出现象，即因数组越界而导致程序非法操作错误。而实际上空间并未占满，所以称这种现象为“假溢出”。这是由“队尾入队，队头出队”的限制操作所造成的。

如何解决“假溢出”的问题呢？

答案就是循环队列。

三、数组模拟循环队列

将顺序队列变为一个环状空间，front、rear和队列元素之间的关系不变，只是在循环队列中，front、rear依次后移加1的操作可用“模”运算来实现。

通过取模，front、rear就可以在顺序表空间内以头尾衔接的方式“循环”移动。

元素出队后，front = （front+1）%maxSize ；
元素入队后，rear = （rear+1）%maxSize 。

（maxSize为数组队列的最大长度）

例如，队列最大长度为4，当rear=3时，存入数据，array[3]=value,rear后移一位，如果没有取模运算，则rear=4，这时继续插入数据，array[4]越界。

如果进行取模运算，rear = （rear+1）%maxSize ，这时rear=0，rear又重新回到了0的位置。这样的运算，使得rear的值在0、1、2、3之间循环。

front的值同理。

写了这么多字，感觉还不如看代码来得更容易理解一点。

四、代码实现

数组模拟循环队列

package com.ArrayQueue;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String args[]){
        int maxSize = 4;
        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(maxSize);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        char key;
        boolean loop = true;
        while (loop) {
            //根据输入的不同字母，进行对应的操作
            System.out.println("a(add):添加一个数据");
            System.out.println("g(get):取出一个数据");
            System.out.println("h(head):展示头部数据");
            System.out.println("s(show):展示所有数据");
            System.out.println("q(quit):退出程序");
            //因为判满条件的缘故，队列的最大容量实为maxSize-1
            System.out.printf("(队列的最大容量为：%d)\n",maxSize-1);
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            try {
                switch (key) {
                    case 'a':
                        System.out.println("请输入一个数：");
                        int value = scanner.nextInt();
                        queue.addQueue(value);
                        System.out.println("数据添加成功。");
                        break;
                    case 'g':
                        System.out.printf("取出的数据为：%d\n", queue.getQueue());
                        break;
                    case 'h':
                        queue.headQueue();
                        break;
                    case 's':
                        queue.showQueue();
                        break;
                    case 'q':
                        scanner.close();
                        loop = false;
                        System.out.println("程序已退出。");
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            } catch (RuntimeException e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        }
    }
}
/**
 * 队列的顺序表示
 * 数组模拟循环队列
 */
class CircleArrayQueue{
    private int maxSize;
    private int front;//指向头元素所在位置
    private int rear;//指向尾元素所在位置的下一个位置
    private int arr[];//存放数据的数组

    //构造器，传入数组最大容量值
    public CircleArrayQueue(int size){
        maxSize = size;
        front = 0;
        rear = 0;
        //虽然数组最大容量为maxSize，但实际用于存储的只有maxSize-1
        arr = new int[maxSize];
    }
    //判空条件：front == rear
    public boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }
    //判满条件：(rear+1)%maxSize == front
    public boolean isFull(){
        return (rear+1)%maxSize == front;
    }
    //添加数据，入队
    public void addQueue(int n){
        //判满
        checkFull();
        arr[rear] = n;
        rear = (rear+1)%maxSize;
    }
    //取出数据，出队
    public int getQueue(){
        //判空
        checkEmpty();
        int value = arr[front];
        front = (front+1)%maxSize;
        return value;
    }
    //队列中的有效值个数
    public int size(){
        return (rear-front+maxSize)%maxSize;
    }
    //展示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //判空
        checkEmpty();
        for(int i=front;i<front+size();i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
        }
        System.out.printf("当前front=%d,rear=%d\n",front,rear);
    }
    //展示位于队列头部的元素值，不改变front的指向
    public void headQueue(){
        //判空
        checkEmpty();
        System.out.printf("头部数据是：%d\n",arr[front]);
    }
    //检测出队列为空时，打印当前front，rear的值，抛出异常
    public void checkEmpty(){
        if (isEmpty()) {
            System.out.printf("当前front=%d,rear=%d\n",front,rear);
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据");
        }
    }
    //检测出队列满时，打印当前front，rear的值，抛出异常
    public void checkFull(){
        if(isFull()){
            System.out.printf("当前front=%d,rear=%d\n",front,rear);
            throw new RuntimeException("队列已满，不能添加数据");
        }
    }
}

五、运行结果

到此这篇关于Java基础之数组模拟循环队列的文章就介绍到这了,更多相关Java数组模拟循环队列内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！