数据结构与算法（二）单向队列

队列介绍

队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现
遵循 **先入先出 **的原则，即：先存入队列的数据要先取出，后存入的要后取出
示意图（用数组模拟队列）

数组模拟队列

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所示，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的，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，rear会随着数据的插入而改变

front :指向第一个元素的前一个位置 rear :指向最后一个元素

思路分析

我们将数据存入队列的时候称为“addQueue”，addQueue的处理需要有两个步骤
1.将尾指针（rear）往后移: rear + 1 （队列为空时：rear == front）
2.若为指针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。（队列满时：rear == maxSize-1）解释：maxSize是队列的最大容量即数组的大小，maxSize - 1即数组最后一个位置的索引，因为rear指向最后一个元素的位置，所以当 rear == maxSiz - 1时，队列满

代码实现

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';//接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        //输出一个菜单
        boolean loop = true;
        while (loop){
            System.out.println();
            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):查看数据头数据");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数字");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int result = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据："+result);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int result = queue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据是:"+result);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出！");
    }
}

//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];
        front = -1;//指向队列头部，队列头的前一个位置
        rear = -1;//指向队列尾部，队列尾的数据
    }

    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        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
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满，不能添加数据");
            return;
        }
        rear++;//让rear后移
        arr[rear] = n;
    }
    //获取队列的数据，数据出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        front++;//让front后移
        return arr[front];
    }

    //显示队列所有数据
    public void  showQueue(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列无数据");
            return;
        }
        for(int i : arr){
            System.out.print(i+"\t");
        }
    }

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

}

总结

队列满的条件：rear == maxSize-1
队列空的条件：rear == front
单向队列中rear的含义：指向队列中的前一个元素
单向队列中front的含义：指向队列头一个元素的前一个位置

存在问题

目前数组使用一次就不能继续用了，没有达到复用的效果，造成了空间浪费
将这个数组使用算法，改进成一个环形队列（用取模的方式%）