Java基础之数组模拟循环队列

一、队列简介

队列是一个有序列表，遵循“先入先出”的原则，即先存入队列的数据要先取出，后存入的数据后取出。

队列有两种存储表示，顺序表示和链式表示。顺序表示可以用数组来实现。

二、数组模拟队列

用数组模拟队列时，设两个值front=0，rear=0。front表示队列首部第一个数据所在位置，rear表示尾部最后一个数据的下一个位置。

将数据插入数组队列时（入队），从尾部进行插入,即array[rear] = value,同时rear后移，rear++。取出数据时（出队），从头部取出数据,value = array[front]，同时front后移front++。

当front=0，rear=maxSize（数组的最大长度），队列满，不能再存入数据。

这时如果执行出队操作，又有空间可以存储，但继续插入数据，会出现溢出现象，即因数组越界而导致程序非法操作错误。而实际上空间并未占满，所以称这种现象为“假溢出”。这是由“队尾入队，队头出队”的限制操作所造成的。

如何解决“假溢出”的问题呢？

答案就是循环队列。

三、数组模拟循环队列

将顺序队列变为一个环状空间，front、rear和队列元素之间的关系不变，只是在循环队列中，front、rear依次后移加1的操作可用“模”运算来实现。

通过取模，front、rear就可以在顺序表空间内以头尾衔接的方式“循环”移动。

元素出队后，front = （front+1）％maxSize ；
元素入队后，rear = （rear+1）％maxSize 。

（maxSize为数组队列的最大长度）

例如，队列最大长度为4，当rear=3时，存入数据，array[3]=value,rear后移一位，如果没有取模运算，则rear=4，这时继续插入数据，array[4]越界。

如果进行取模运算，rear = （rear+1）％maxSize ，这时rear=0，rear又重新回到了0的位置。这样的运算，使得rear的值在0、1、2、3之间循环。

front的值同理。

写了这么多字，感觉还不如看代码来得更容易理解一点。

四、代码实现

数组模拟循环队列

package com.ArrayQueue;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
   public static void main(String args[]){
       int maxSize = 4;
       CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(maxSize);
       Scanner scanner = new Scanner(System.in);
       char key;
       boolean loop = true;
       while (loop) {
           //根据输入的不同字母，进行对应的操作
           System.out.println("a(add):添加一个数据");
           System.out.println("g(get):取出一个数据");
           System.out.println("h(head):展示头部数据");
           System.out.println("s(show):展示所有数据");
           System.out.println("q(quit):退出程序");
           //因为判满条件的缘故，队列的最大容量实为maxSize-1
           System.out.printf("(队列的最大容量为：％d)\n",maxSize-1);
           key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
           try {
               switch (key) {
                   case 'a':
                       System.out.println("请输入一个数：");
                       int value = scanner.nextInt();
                       queue.addQueue(value);
                       System.out.println("数据添加成功。");
                       break;
                   case 'g':
                       System.out.printf("取出的数据为：％d\n", queue.getQueue());
                       break;
                   case 'h':
                       queue.headQueue();
                       break;
                   case 's':
                       queue.showQueue();
                       break;
                   case 'q':
                       scanner.close();
                       loop = false;
                       System.out.println("程序已退出。");
                       break;
                   default:
                       break;
               }
           } catch (RuntimeException e) {
               System.out.println(e.getMessage());
           }
       }
   }
}
/**
* 队列的顺序表示
* 数组模拟循环队列
*/
class CircleArrayQueue{
   private int maxSize;
   private int front;//指向头元素所在位置
   private int rear;//指向尾元素所在位置的下一个位置
   private int arr[];//存放数据的数组

//构造器，传入数组最大容量值
   public CircleArrayQueue(int size){
       maxSize = size;
       front = 0;
       rear = 0;
       //虽然数组最大容量为maxSize，但实际用于存储的只有maxSize-1
       arr = new int[maxSize];
   }
   //判空条件：front == rear
   public boolean isEmpty(){
       return front == rear;
   }
   //判满条件：(rear+1)％maxSize == front
   public boolean isFull(){
       return (rear+1)％maxSize == front;
   }
   //添加数据，入队
   public void addQueue(int n){
       //判满
       checkFull();
       arr[rear] = n;
       rear = (rear+1)％maxSize;
   }
   //取出数据，出队
   public int getQueue(){
       //判空
       checkEmpty();
       int value = arr[front];
       front = (front+1)％maxSize;
       return value;
   }
   //队列中的有效值个数
   public int size(){
       return (rear-front+maxSize)％maxSize;
   }
   //展示队列的所有数据
   public void showQueue(){
       //判空
       checkEmpty();
       for(int i=front;i<front+size();i++){
           System.out.printf("arr[％d]=％d\n",i％maxSize,arr[i％maxSize]);
       }
       System.out.printf("当前front=％d,rear=％d\n",front,rear);
   }
   //展示位于队列头部的元素值，不改变front的指向
   public void headQueue(){
       //判空
       checkEmpty();
       System.out.printf("头部数据是：％d\n",arr[front]);
   }
   //检测出队列为空时，打印当前front，rear的值，抛出异常
   public void checkEmpty(){
       if (isEmpty()) {
           System.out.printf("当前front=％d,rear=％d\n",front,rear);
           throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据");
       }
   }
   //检测出队列满时，打印当前front，rear的值，抛出异常
   public void checkFull(){
       if(isFull()){
           System.out.printf("当前front=％d,rear=％d\n",front,rear);
           throw new RuntimeException("队列已满，不能添加数据");
       }
   }
}

五、运行结果

来源：https://blog.csdn.net/weixin_44902943/article/details/109202455