2.队列

2.队列
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目录

1.队列介绍
2.顺序队列
3.环形队列

1.队列介绍

1.队列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现。
2.在队尾插入元素,在队首删除元素。
3.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

2.顺序队列

在这里插入图片描述
顺序队列的实现(java):

// 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 = 0; // 指向队列头部,front 指向的位置刚好是队列第一个数据.
        rear = 0; // 指向队列尾,指向队列最后一个数据位置的下一位
    }

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

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

    // 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");
        }
        int value =  arr[front];
        front++; // front 后移
        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;
        }
        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];
    }
}

3.环形队列

前面的数组模拟的顺序队列存在一个问题是:将队列中的元素出队后,front指针已经后移,该空间空闲并不可复用了。

所以为了充分利用数组,需要进行优化:将数组看做是一个环形的。通过取模的方式来实现越界数组下标的归位。

当把数组看成一个环后,数组的最后一个元素的下一个地址应该看成是数组的第一个元素的地址(即环的入口点即为环的出口点)。则当rear或front指向越界时,可以通过取模数组容量值来达到将指向定位到环入口点的目的。

在这里插入图片描述
环形队列的实现(java):

class CircleArray {
   
    private int maxSize; // 表示数组的最大容量
    // front 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 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 并希望空出一个空间做为约定,用于队满判断,故有效数据最大是 maxSize-1
    //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() {
   
        // 之前空出的一个做为约定的空间
        // 若判别条件为:rear % maxSize == front,则rear和front初始均为0直接满足了队满条件,之前描述的预留的一个空间解决此问题
        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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