队列介绍
队列是一个有序列表，可以用数组或链表来实现。队列分为单向队列和双端队列（deque）。
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。
数组模拟队列
概述
队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图，其中 maxSize 是该队列的最大容量。
因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量 front及 rear分别记录队列前后端的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear 则是随着数据输入而改变，如图所示：rear 是队列最后[含] front 是队列最前元素[不含]。
当我们将数据存入队列时称为：addQueue，addQueue 的处理需要有两个步骤：
1、将尾指针往后移：rear+1 ，当 front == rear 时，此时队列为空。
2、若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1，则将数据存入 rear 所指的数组元素中，否则无法存入数据。 rear == maxSize -1，此时队列已满。
代码实现
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//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):从队列里取数据");
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 i = scanner.nextInt();
queue.addQueue(i);
break;
case 'g':
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.println("取出的数据："+res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = queue.headQueue();
System.out.println("队列头的数据："+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");
}
}
//使用数组模拟队列：编写一个ArrayQueue类
class ArrayQueue{
private int maxSize;//数组的最大容量
private int front;//队列头
private int rear;//队列尾
private int[] arr;//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;//指向队列头部的前一个位置
rear = -1;//指向队列尾的具体数据，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，不能加人数据");
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()) {
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("队列为空，无法遍历");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.println("遍历结果："+i+"===="+arr[i]);
}
}
//显示队列的头数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，没有数据");
throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
}
return arr[front+1];
}
}
数组模拟环形队列
概述
因为采用rear == maxSize-1作为队满条件有缺陷，当队满条件为真时，队中可能还有若干空位置。
对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组。因此将数组看做是一个环形的，把数组的前端和后端连接起来，形成一个环形的顺序表，即把存储队列元素的表从逻辑上看成一个环，称为环形队列或循环队列。（通过取模的方式来实现即可）
分析说明：
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的初始值为0。
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的初始值为0。
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],rear == front [空]
代码实现
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
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() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列的头数据， 注意不是取出数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据");
}
return arr[front];
}
}
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