队列的介绍及用java中的数组实现队列

一、队列的介绍

队列是 有序 的，可以用 数组 或者 链表来实现，而且队列遵循一个 先入先出 的原则，即存入队列的数据，要先取出，后存入的要后取出。

二、用数组模拟队列思路

1、队列是有序的，若使用数组的结构来存储队列的数据，首先要用 maxsize 来指定队列的最大容量。
2、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，如果用C语言中的指针描述就是队首指针与队尾指针。

三、数组模拟队列图示

四、使用java语言描述队列

4.1 定义一个ArrayQueue类

package point3;


/*
    编写ArrayQueue类
 */
public 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; //指向队列尾部，指向队列尾的数据(即是队列最后一个数据)
    }

    // 判断队列是否满
    public boolean ifFull(){
        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){
        // 判断队列是否满了
        if (ifFull()){
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        rear++; // 让rear后移
        arr[rear] = n;
    }

    // 获取队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        // 判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            // 通过抛出异常
            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("队列空的，没有数据");
            return;
        }
        for (int i = rear; i > front; i--) {
            if (i==front+1){
                System.out.printf("%d", arr[i]);
            }
            else {
                System.out.printf("%d-->", 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];
    }
}

4.2 编写一个用户操作界面ArrayQueueTest

package point3;

import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.CancellationException;

/*
    利用数组模拟队列思路
    1、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,其中 maxSize 是该队列的最大容量。
    2、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。
    3、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：思路分析
    (1)将尾指针往后移：rear+1 ,  当 front == rear 【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[队列满]
 */
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' '; // 接受用户输入
        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)：从队列中取出数据");
            System.out.println("h(head)：查看队列头的数据");
            System.out.println("请输入操作指令：");
            key = scanner.next().charAt(0);// 接受一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    System.out.println("队列中的数据为");
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数");
                    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) {
                        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",res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    System.out.println();
                    break;
                case 'e': // 退出
                    scanner.close(); loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

4.3 运行结果

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
s
队列中的数据为
队列空的，没有数据

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
a
请输入一个数
1

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
a
请输入一个数
2

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
a
请输入一个数
3

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
a
请输入一个数
4
队列满，不能加入数据

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
s
队列中的数据为
3-->2-->1

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
h
队列头的数据是：1

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
g
取出的数据是：1

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
s
队列中的数据为
3-->2

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
h
队列头的数据是：2

s(show)：显示队列
e(exit)：退出程序
a(add)：添加数据到队列
g(get)：从队列中取出数据
h(head)：查看队列头的数据
请输入操作指令：
e


Process finished with exit code 0