环形队列_JAVA

普通顺序队列存在的问题

在普通顺序队列中,入队的操作就是先将尾指针rear右移一个单位，然后将元素值赋值给rear单位。出队时，则是头指针front后移一个单位。像这样进行了一定数量的入队和出队操作后，可能会出现这样的情况：

尾指针rear已指到数组的最后有一个元素，即rear==MaxLen-1，此时若再数组的前面部分可能还有很多闲置空间，即这种溢出并非是真的没有可用的存储空间，故称这种溢出现象为“假溢出”。显然，必须要解决这一块假溢出的问题，否则顺序队列就没有太多使用价值。

循环队列

我们在实现顺序栈时使用头指针“front”和尾指针“rear”分别进行出队和入队操作，但普通的队列，会发生“假溢出”现象，所以我们通常将数组弄成一个环状，即队头和队尾相连，这样就形成了“循环队列”，同时也解决了“假溢出”现象。循环队列是改进版的顺序队列。

对于普通队列的push或pop我们只需要对尾指针或头指针进行自增操作即可，但是循环队列我们就不能单纯的进行自增，当front或rear=maxSize-1时我们就不能进行自增操作了，比如一个队列尾长度为4的数组datas[4]，那么当front或rear需要在0,1,2,3之间进行循环“推进”，以此达到循环队列的效果。所以我们可以使用rear = （rear+1）%maxSize ；front = （front+1）%maxSize ；公式进行指针计算。

需要注意的是：队空状态的条件为：front = rear。而如果整个队列全部存满数据那么，队满的条件也是front = rear；所以循环队列需要损失一个存储空间，如下图：

代码实现

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");
			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): 从队列取出数据");
			System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");
			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) {
					// TODO: handle exception
					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) {
					// TODO: handle exception
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'e': // 退出
				scanner.close();
				loop = false;
				break;
			default:
				break;
			}
		}
		System.out.println("程序退出~~");
	}

}


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() {
		// rear = 2
		// front = 1
		// maxSize = 3 
		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];
	}
}