Java数据结构 -- 环形队列 & 数组模拟环形队列

Posted 2021-07-09 Z && Y

01: 顺序队列
02: 环形队列

1. 环形队列 & 数组模拟环形队列

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1.1 环形队列

它是一个首尾相连的FIFO的数据结构，采用数组的线性空间,数据组织简单。能很快知道队列
是否满为空。能以很快速度的来存取数据。因为有简单高效的原因，甚至在硬件都实现了环
形队列。环形队列广泛用于网络数据收发，和不同程序间数据交换（比如内核与应用程序大
量交换数据,从硬件接收大量数据）均使用了环形队列。

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1.2 环形队列思路分析

1.2.1 初始队列

初始队列：

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1.22 添加元素

添加元素：

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1.2.3 取出元素

取出元素：

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1.2.4 判断队列是否为空

若front == rear 则队列为空，否则队列不为空

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1.2.5 判断队列是否为满

队列满状态:

若 (rear + 1) % maxSize == front则队列为满，否则队列不是满队列

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1.3 数组模拟环形队列代码实现

CircleArray.java

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() {
        // 因为rear 可能小于 front 所以需要加上一个maxSize再取模
        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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1.4 测试环形队列

CircleArrayQueueDemo.java

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 | e(exit): 退出程序 | g(get): 从队列取出数据 | h(head): 查看队列头的数据 | a(add): 添加数据到队列");
            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) {
                        // 这里是打印CircleArray里面抛出的异常信息
                        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) {
                        // 这里是打印CircleArray里面抛出的异常信息
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e': // 退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出~~");
    }
}

测试结果:

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