队列的顺序存储实现

心已赠人 2023-07-24 14:54 5阅读 0赞

今天用数组的方式来实现一下队列的顺序存储  
**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.  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
3.  示意图：(使用数组模拟队列示意图)  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzU5OTM3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
    **2 数组模拟环形队列**  
    分析说明：

1.  尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定,这个在做判断队列满的  
    时候需要注意 (rear + 1) % maxSize == front 满\]

1.  rear == front \[空\]
2.  分析示意图:  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzU5OTM3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
    循环数组如下图：  
    难点理解，如何表示满队列和空队列  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzU5OTM3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzU5OTM3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
    在图 4-3 中用队首指针front指向队首元素所在的单元，用队尾指针rear指向队尾元素所在单元的后一个单元。如此在图 4-4（b）中所示循环队列中，队首元素为e 0 ，队尾元素为e 3 。当e 4 、e 5 、e 6 、e 7 相继进入队列后，如图 4-4（c）所示，队列空间被占满，此时队尾指针追上队首指针，有rear = front。反之，如果从图4-4（b）所示的状态开始，e 0 、e 1 、e 2 、e 3 相继出队，则得到空队列，如图 4-4（a）所示，此时队首指针追上队尾指针，所以也有front = rear。可见仅凭front与rear是否相等无法判断队68列的状态是“空”还是“满”。解决这个问题可以有两种处理方法：一种方法是少使用一个存储空间，当队尾指针的下一个单元就是队首指针所指单元时，则停止入队。这样队尾指针就不会追上队首指针，所以在队列满时就不会有front = rear。这样一来，队列满的条件就变为(rear+1)% capacity = front，而队列判空的条件不变，仍然为front = rear。另外一种解决这个问题的方法是增设一个标志，以区别队列是“空”还是“满”，例如增设size变量表明队列中数据元素的个数，如果size = Max则队列满。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzU5OTM3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
    代码详解如下：

package com.sheng.data1;
    
    import java.util.Scanner;
    
    public class ArrayQueueDemo2 {
    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];
    	}
    }

参考书籍：  
《java 数据结构和算法》  
参考视频：  
https://www.bilibili.com/video/BV1E4411H73v?p=15

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