普通顺序队列存在的问题
在普通顺序队列中,入队的操作就是先将尾指针rear右移一个单位,然后将元素值赋值给rear单位。出队时,则是头指针front后移一个单位。像这样进行了一定数量的入队和出队操作后,可能会出现这样的情况:
尾指针rear已指到数组的最后有一个元素,即rear==MaxLen-1,此时若再数组的前面部分可能还有很多闲置空间,即这种溢出并非是真的没有可用的存储空间,故称这种溢出现象为“假溢出”。显然,必须要解决这一块假溢出的问题,否则顺序队列就没有太多使用价值。
循环队列
我们在实现顺序栈时使用头指针“front”和尾指针“rear”分别进行出队和入队操作,但普通的队列,会发生“假溢出”现象,所以我们通常将数组弄成一个环状,即队头和队尾相连,这样就形成了“循环队列”,同时也解决了“假溢出”现象。循环队列是改进版的顺序队列。
对于普通队列的push或pop我们只需要对尾指针或头指针进行自增操作即可,但是循环队列我们就不能单纯的进行自增,当front或rear=maxSize-1时我们就不能进行自增操作了,比如一个队列尾长度为4的数组datas[4],那么当front或rear需要在0,1,2,3之间进行循环“推进”,以此达到循环队列的效果。所以我们可以使用rear = (rear+1)%maxSize ;front = (front+1)%maxSize ;公式进行指针计算。
需要注意的是:队空状态的条件为:front = rear。而如果整个队列全部存满数据那么,队满的条件也是front = rear;所以循环队列需要损失一个存储空间,如下图:
代码实现
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试一把
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
// 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];
}
}