【数据结构+算法】队列——用数组实现队列

一、队列的基础介绍

1、队列可用数组（顺序存储结构）或链表（链式存储结构）来实现；
2、遵循先入先出原则；
3、示意图：

二、用数组实现队列

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，则队列数组的声明如上图，其中maxSize是队列的最大容量；

2、队列的输入、输出分别从前后端处理，因此需要front和rear两个变量分别记录队列前后端的下标，其会随着数据输入而改变；

3、将数据存入的队列为“queue"：
①、对空：rear==front；
②、队满：rear=maxSize-1；
③、当尾指针 rear < maxSize - 1时，则将数据存入rear所指的数组中。

具体实现代码如下：
（1）、判断队列是否满
（2）、判断队列是否为空
（3）、添加数据到队列中
（4）、获取队列的数据，出队列；
（5）、显示当前队列数据；
（6）、显示队列的头数据，注意不是取出数据；

package com.ycx.queue;
import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        //创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';//接受用户输入
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true; //控制循环 默认死循环

        //输出菜单
        while (flag){
            System.out.println("s(show),显示队列");
            System.out.println("e(exit),退出队列");
            System.out.println("a(add),添加数据到队列");
            System.out.println("g(get),从队列取出数据");
            System.out.println("h(head),查看队列头的数据");

            key=input.next().charAt(0);//接受收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输一个数");
                    int val=input.nextInt();
                    queue.addQueue(val);
                    break;
                case 'g':   //取出数据  因为方法里面抛出了异常 所以这里需要捕获
                    try{
                        int res=queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据为%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                     try{
                         int res=queue.headQueue();
                         System.out.printf("队列头的数据为%d\n",res);
                     }catch (Exception e){
                         System.out.println(e.getMessage());
                     }
                     break;
                case 'e':    //退出程序
                    input.close();//关闭
                    flag=false;
                    break;

                    default:
                        break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}

//一、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; // 该数组用于存放数据，模拟队列


    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxsize){
        maxSize=arrMaxsize;
        arr = new int[maxSize];// 初始化数组
        front=-1;//指向队列头部，分析出front是指向队列头的前一个位置 有效数据的位置
        rear=-1;//指向队列尾，指向队列尾的数据（即就是队列最后一个位置 ）
    }

    //1.判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return rear==maxSize-1;//因为rear是从-1开始的（如果不理解就看笔记上的图）
    }

    //2.判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear==front;
    }

    //3.添加数据到队列中
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否为满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满，不能加入数据");
        }
        rear++;//rear 后移
        arr[rear]=n; //也可以直接写成 arr[++rear]：rear先加再取值
    }

    //4.获取队列的数据，出队列
    public  int getQueue(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        front++; //front 后移 因为front指向的是前一个元素（front=-1）
        return arr[front];
    }

    //5.显示当前队列数据
    public void showQueue() {
         //遍历
         if(isEmpty()){
             System.out.println("当前队列为空");
             return;
         }
        for (int i = 0; i <arr.length ; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]); //格式化输出
        }
    }

    //6.显示队列的头数据，注意不是取出数据
    public int headQueue(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front+1]; //注意：front需要加1
    }
}

运行结果如下：

三、问题分析并优化

（1）、缺点：数组只能使用一次，不能实现代码的复用。
（当把数组中所有的元素取出来后，数组为空，但无法添加元素进入数组）

（2）、优化：可以改成一个环形的数组（进行取余）。