队列

队列

应用场景

银行排队叫号

队列介绍

• 队列是一个有序列表，可以用数组(顺序存储)或者是链表(链式存储)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
• 

rear：代表队列的尾部

front：代表队列的头部

取数据在队列的头部取，存数据在队列的尾部存。

数组模拟队列

当我们将数据存入队列时成为"addQueue"，addQueue的处理需要有两个步骤

1. 将指针往后移：rear+1，当front == rear【空】
2. 若指针rear小于队列的最大下标maxSize-1，则数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。rear == maxSize-1 【队列满】（数组的下标从0开始，所以maxSize-1）。

代码实现

package com.sun.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * 数组模拟队列
 *
 * @author 孙冲
 * @date 2021-3-4
 */
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        //接收用户输入数据
        char key = ' ';
        Scanner scanner = 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 = scanner.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                   arrayQueue.showQueue();
                   break;
                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d
",res);
                    }catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d
",res);
                    }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 ArrayQueue{
    //表示数组的最大容量
    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;

    //创建队列构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        //指向队列头部，即front是指向队列头的前一个位置
        front = -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)
        rear = -1;
    }
    //判断队列是否已满
    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("队列已满");
            return;
        }
        //让rear后移
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }
    //获取队列的数据
    public int getQueue() {
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            //抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        //front向后移
        front++;
        return arr[front];
    }
    //显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列是空的，无法取到数据");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d
",i,arr[i]);
        }
    }
    //显示队列的头数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空没有数据");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

存在问题：

• 目前数组使用一次就不能用了，没有达到复用的效果
• 将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列 取模：%

数组模拟环形队列思维分析

分析：

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=0
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作为约定，rear的初始值=0
3. 当队列满时，条件是(rear+1)%maxSize=front
4. 当队列为空的条件，rear==front空
5. 队列中有效的数据个数(rear+maxSize-front)%maxSize
6. 在原来的队列上修改得到一个环形队列

package com.sun.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author 孙冲
 * @date 2021 3-5
 */
public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("测试数组模拟环形队列");
        //创建一个队列
        CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4);
        //接收用户输入数据
        char key = ' ';
        Scanner scanner = 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 = scanner.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d
", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d
", res);
                    } 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 CircleArray {
    //表示数组的最大容量
    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;
    //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作为约定，rear的初始值=0
    //队列尾
    private int rear;
    //该数据用于存放数据，模拟队列
    private int[] arr;

    public CircleArray(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    //判断队列是否已满
    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("队列已满");
            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
    public int getQueue() {
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            //抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        //这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
        //先把front对应的值保留到一个临时变量
        //将front后移考虑取模
        //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() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列是空的，无法取到数据");
            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
", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

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

    //显示队列的头数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空没有数据");
        }
        return arr[front];
    }
}