• 通过数组模拟理解队列、环形队列

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    前言

    队列类似于数组，遵循着先入先出的原则，实际生活中的排队场景就是这一特征的体现，队首的人总是先完成办理。独特的数据结构特征注定会应用于特殊的场景

    队列

    队列的入队和出队操作的时间复杂度均为O(1)
    队列是一个有序列表，遵循先入先出的原则，这也是此数据结构的特性所在。即:先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出，以（front/rear）来实现定位元素位置
    示意图如下所示
    在这里插入图片描述

    数组模拟队列

    利用数组模拟队列可以深刻理解队列的特性，实现它的过程，代码与数据结构相结合更是提升了自己设计程序的能力，结合示意图实现思路如下:
    1.通过面向对象的思想将队列看作一个对象Queue
    2.定义模拟数组arr[ ]与最大容量maxsize
    3.通过定义两个变量（front/rear）来模拟定位的指针，每当一个元素入队后，指针rear就向后移一位（rear++），将用户输入的数值扫描，获取后赋值到数组的指定位置，实现入队添加
    4.通过front来实现“先出”，先出的元素出队后，front指针就向后移，每出一个指针向后移一位（front++），队列是如何保证每次对元素的操作都”遵规守纪“的？就是靠的rear/front的各司其职！出队动front不动rear，入队动rear不动front
    5.上述功能实现的前提是对列不为空，要在每一次操作的前加上队列不为空的if判断

    public class ArrayQueueDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//测试一把
		//创建一个队列
		ArrayQueue queue = new ArrayQueue(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) {
					// 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());
				}
				break;
			case 'e': //退出
				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 {
	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; // 该数据用于存放数据, 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;
		}
		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("队列空，不能取数据");
		}
		front++; // front后移
		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]);
		}
	}
	// 显示队列的头数据， 注意不是取出数据
	public int headQueue() {
		// 判断
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
		}
		return arr[front + 1];
	}
}

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    数组模拟环形队列

    在这里插入图片描述

    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=o
    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=o
    3.当队列满时，条件是(rear +1) % maxSize = front【满】
    4.对队列为空的条件，rear == front空
    5.当我们这样分析，队列中有效的数据的个数(rear+ maxSize -front)% maxSize // rear=1front=0

    public class CircleArrayQueueDemo {
	public static void main(String[] args) {	
		//测试一把
		System.out.println("数组模拟环形队列~~~");
		// 创建一个环形队列
		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) {
					// 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());
				}
				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 = 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; // 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("队列空的，没有数据~~");
			return;
		}
		// 思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
		// 动脑筋
		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
	public int size() {
		// rear = 2
		// front = 1
		// maxSize = 3 
		return (rear + maxSize - front) % maxSize;   
	}
	
	// 显示队列的头数据， 注意不是取出数据
	public int headQueue() {
		// 判断
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
		}
		return arr[front];
	}
}

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_57535055/article/details/126167938