数组模拟队列之深度解析

Pengch起疯了
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1.3 数组模拟队列

1.3.1 队列介绍

（1）队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现

（2）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

（3）示意图

image.png

1.3.2 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，则队列数组的声明如下图，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回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 当尾指针往后移动：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

1.3.3 代码实现

class ArrayQueue {
    private int maxSize;
    private int front;
    private int rear;
    private int[] arr;

上方代码详解

（1）maxSize：ArrayQueue的最大容量

（2）front：ArrayQueue的头节点

（3）rear：ArrayQueue的尾节点

（4）int[ ] arr：该数组用于存放数据，模拟队列

public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;
        rear = -1;
    }

上方代码详解

（1）此处定义一个ArrayQueue队列构造器，同时定义一个arrMaxSize用于存储数组最大容量

（2）将arrMaxSize赋值给ArrayQueue的最大容量值

（3）开辟一个新的内存空间arr用于存放数组，该数组作用为存放数据、模拟队列

（4）front和rear所指向的值并无实际意义，只是单纯赋值

   public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1;
    }
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

（1）isFull()：该方法用于判断队列是否满，当队列满时，效果如下图，ArrayQueue的尾节点指向MaxSize-1，证明此时队列已满

image.png

（2）isEmpty()：该方法用于判断队列是否空，当队列空时，效果如下图，ArrayQueue的头尾节点均指向头部，整明此时队列里面没有数据，队列为空

image.png

（3）特别声明：MaxSize-1的设定并非随意，考虑到数组实际可用空间大小为最大内存-1，故该数组模拟队列的实际可用大小为MaxSize-1

public void addQueue(int n) {
    if (isFull()) {
        System.out.println("队列已满,不能继续添加数据");
        return;
    }
    rear++;
    arr[rear] = n;
}

上方代码详解

（1）我们定义一个addQueue()方法用于添加队列数据，定义一个n变量作为插入的数值

（2）首先得判断队列是否为满，故if (isFull())，如果为满，则 System.out.println打印输出告知读者队列已满，并用return进行返回

（3）若队列未满，则指向尾节点的rear后移一位，腾出一个空间用于存放该数据，将n变量赋值给数组模拟环形队列arr[]中的rear位置

 public int getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空,不能取数据");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

上方代码详解

（1）我们定义一个getQueue()方法用于获取队列中的数据

（2）首先得判断队列是否为空，故 if (isEmpty())，如果为空，则抛出异常告知读者该队列为空，不能取出数据

（3）如果队列不为空，则front后移。此处front后移的原因是因为front是指向头节点，当你把这个数据从队列取出来之后，front要自动前往下一个节点，故front++

（4）最后return一下arr[]中front的位置

public void showQueue() {
    if (isEmpty()) {
        System.out.println("队列空的,没有数据");
        return;
    }
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
    }
}

上方代码详解

（1）我们定义一个showQueue()方法用于展示队列中的数据

（2）首先得判断队列是否为空，故 if (isEmpty()) {，如果为空，则System.out.printf打印输出该队列为空，不能取出数据

（3）使用for循环来遍历arr[]的长度，格式化输出该队列

public int headQueue() {
    if (isEmpty()) {
        throw new RuntimeException("队列空的,没有数据");
    }
    return arr[front + 1];
}

上方代码详解

（1）我们定义一个headQueue()方法用于展示队列的头节点（头数据）

（2）首先得判断队列是否为空，故 if (isEmpty()) ，如果为空，则抛出异常告知读者该队列为空，不能取出数据

（3）若队列不为空，则取出arr[]中front+1的位置的数据，此处front+1是因为由于数组下标的特性

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