图解&代码实现：数组模拟实现环形队列

数组模拟实现环形队列

实现:让数组达到复用的效果，即：当我们从数组队列中取出了数据，那取出数据后后这个空间可以再次使用

数组秒实现环形队列的思路分析

当

rear

指针指向

maxsize - 1

时，也就是当

rear = maxsize - 1

时，需要判断

rear

的前面是否有空闲空间,也就是说front是否产生了变化并且已经不在初始的那个位置了

思路如下：

1. front的含义做调整 ：front由原来的指向队列头的前一个位置调整为现在的front指向了队列头

   队列头：就是队列中第一个数据所在的位置

   即：

   queueArr[front]

   就是获取的队列中的第一个数据

说明：

1. 原来front的初始值为 - 1 现在 front 的初始值为0

2. 原来的front是不包含队列头的，现在的front是包含队列头的

3. rear的含义做调整：rear从原来指向队列的最后一个数据调整为了现在的rear指向队列的最后一个数据的前一个位置

   调整rear的目的：预留一个空间作为约定

说明：

1. 原来的rear的初始值为 - 1，现在的rear的初始值为0

2. 原来的rear包含队列的最后一个数据，现在的rear是不包含队列的最后一个数据。

3. 预留的空间是动态变化的，预留空间始终都在rear指向的

   最后一个数据

   的后一个位置

4. rear和front含义发生调整后，判断队列满的条件是

   ( rear + 1 )% maxsize = front

   为什么要取模？ 答：因为rear可能是一直增长的，从而达到数组空间复用的效果

   原先队列满的条件是

   rear = maxsize - 1

   因为 原先没有考虑数组空间的复用

4. 判断队列为空的条件是rear = front

1. 经过以上分析，当rear和front含义发生调整后，队列中有效数据的个数 是

   (rear + maxsize - front) % maxsize

   为什么要取模？答：因为是环形队列，rear有可能指到队列最前面。

   打个比方,当

   rear = 0,maxsize = 4 ,front = 0

   时，该队列中有多少个有效的数据？
   

   分析：（0 + 3 - 0）% 3 = 0，该队列中有效的数据个数为0个，因为rear = front ，则证明是空队列

2. 使用代码来实现“数组模拟实现环形队列”

代码展示：

public class CirCleQueueArrayTest{
public static void main(String[] agrs){
// 实例化CirCleArrayQueue
CirCleQueueArray cirCleArrayQueue = new CirCleQueueArray(3);
char key = ' ';
boolean flag = true;
java.util.Scanner input = new java.util.Scanner(System.in);
while(flag){
System.out.println("s(showQueue()) : 显示队列中的所有数据");
System.out.println("g(getQueue()) : 把数据从队列中取出来");
System.out.println("a(addQueue(int num)) : 把数据添加到队列中");
System.out.println("h (headQueue()) : 查看队列中的第一个数据");
System.out.println("i(size()) : 显示队列中的有效数据的个数");
System.out.println("e(exit) : 退出程序");
System.out.print("请选择:");
key  = input.next().charAt(0);
switch(key){
case 's':
cirCleArrayQueue.showQueue();
break;
default:
break;
case 'e':
flag = false;
break;
case 'i':
try{
System.out.println("队列中有效数据的个数为 " + cirCleArrayQueue.size());
}catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'a':
System.out.print("请输入一个数:");
int num = input.nextInt();
cirCleArrayQueue.addQueue(num);
break;
case 'g':
try{
cirCleArrayQueue.getQueue();
}catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try{
System.out.println( "队列的第一个数据为 " + cirCleArrayQueue.headQueue());
}catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
}
}
System.out.println("程序正常退出~~~");
}
}
class CirCleQueueArray{
// 编写属性(共4个)
// rear 调整后的含义为：指向队列中的最后一个数据的前一个位置 ，rear 的初始值为0
private int rear;
// front 调整后的含义为： 指向队列头（即：队列中的第一个数据），front的初始值为 0
private int front;
// queueArr : 队列数组,数组模拟实现环形队列
private int queueArr[];
// maxsize 表示队列的最大容量，队列中的数据是存放在数组中的
private int maxsize;

// 编写无参构造
public CirCleQueueArray(){

}

// 编写带参构造，实现将局部变量maxsize的值赋值给成员变量maxsize 并对queueArr[]进行初始化
public CirCleQueueArray(int maxsize){
// 将局部变量maxsize的值赋值给成员变量maxsize
this.maxsize = maxsize;
// 对queueArr[]进行初始化
queueArr = new int[maxsize];
}

// 编写成员方法,判断队列是否为空isEmpty()
public boolean isEmpty(){
return rear == front;
}

// 编写成员方法,判断队列是否已满isFull()
public boolean isFull(){
return (rear + 1) % maxsize == front;
}

// 编写成员方法 ，求出队列中有效数据的个数
public int size(){
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("数组为空，没有有效数据");
}
return (rear + maxsize - front) % maxsize;
}

// 编写成员方法，实现入队列addQueue(int num),无返回值类型带参
public void addQueue(int num){
if(isFull()){
System.out.println("队列已满,不能实现入队列");
return;
}
// 直接将数据加入
queueArr[rear] = num;
// 将rear 指针后移,必须考虑到取模
rear = (rear + 1) % maxsize;
}
// 编写成员方法，实现出队列getQueue(),有返回值无参
public int getQueue(){
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("空队列，不能实现出队列");
}
// 第一步 先把queueArr[front]对应的保存在一个临时变量中
// 为什么要将queueArr[front]对应的保存在一个临时变量中? 因为 若直接返回的话,就没有往后移的机会了
int tempValue = queueArr[front];
// 第二步 将front后移,考虑取模
front = (front + 1) % maxsize;
// 将临时变量中的值返回
return tempValue;
}

// 编写成员方法,通过for循环 | 增强for循环遍历队列中的所有的数据
public void showQueue(){
if(isEmpty()){
System.out.println("队列为空，不能遍历队列");
return ;
}
for(int i  = front;i < front + size();i ++){
System.out.println("queueArr["+ i % maxsize +"] = " + queueArr[i % maxsize]);
}
}

// 编写成员方法，显示队列头 （即：队列中的第一个数据）
public int headQueue(){
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("空队列,无法查看");
}
return queueArr[front];
}
}

总结：

1. 环形队列判满条件：

   （rear +1） % maxsize == front

2. 环形队列判空条件：

   rear == front

3. 环形队列有效数据的个数

   (rear + maxsize - front) % maxsize

4. 环形队列中rear的含义：指向队列中最后一个数据的前一个位置，因为要预留一个空间作为约定
5. 环形队列中front的含义：指向队列头（即：队列中的第一个数据）

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