数据结构之队列（Java版）
1.队列概述：队列是一个有序表，可以用数组或链表实现（本篇讲的是用数组实现），遵循先入先出（FIFO）原则，即先存入队列的数据，要先取出，后存入的要后取出。
2.用数组实现队列的思路
使用数组的声明如下图，其中MaxSize是该队列的最大容量，则MaxSize-1是队列的最大下标（因为下标是从0开始），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。
3.队列的常见操作
入队：在队尾存入数据称为入队，入队有两个步骤：
1）将尾指针往后移：rear+1，当front = =rear时，队列为空
2）当rear<MaxSize-1时，则将数据存入rear所指的数组元素中
当rear==MaxSize-1时，则表示队列已满
出队： 删除并返回队头的元素称为出队
判空：判断队列是否是空队列
访问队头：只显示队头元素，不取出数据
遍历队列：输出队列中的全部元素
java代码实现
// 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 = -1; // 指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置.
rear = -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)
}
// 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，无法加入数据");
return;
}
rear++; // 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()) {
// 通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，无法取数据");
}
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 + 1];
}
}
4.用数组实现环形队列
上面的数组实现队列时，在取出数据，即front向后移了之后，front前空出来的空间就不能用了，没有达到复用的效果，所以接下来我们需要对前面的数组进行优化，将数组看做是一个环形（通过取模%实现），就可以实现复用。
实现思路：
改变front 变量的含义： 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）
改变rear 变量的含义：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，如右下图.（rear 的初始值 = 0）
当队列满时，条件是 (rear + 1) % MaxSize == front
（为什么括号里加1，这里可以看右下图，当rear+1此时就会等于front）
对队列为空的条件， rear == front 空
队列中有效的数据的个数 (rear + MaxSize - front) % maxSize（面试会考）
（为什么要括号里要+MaxSize，因为此时已经是一个环形队列，在复用的情况下，rear值会出现比front小的情况，需要在括号里+MaxSize后%MaxSize之后才能得出有效个数）
这样在原来的队列上修改得到，一个环形队列
java代码实现
class CircleArray {
private int maxSize; // 表示数组的最大容量
private int front;
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;
}
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() {
// 判断
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据");
}
return arr[front];
}
}
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作者：码字记成长
