文章目录

• 一、使用场景
• 二、队列介绍
• 三、数组模拟队列
• • 3.1 思路分析
  • 3.2 Java代码实现
  • 3.3 问题分析与优化
• 四、数组模拟环形队列
• • 4.1 思路分析
  • 4.2 Java代码实现

一、使用场景

• 银行排队，先到先得
• 测核酸，先到先测
  

二、队列介绍

1. 队列是一个有序列表, 可以用数组或是链表来实现。
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: (使用数组模拟队列示意图)
   

三、数组模拟队列

3.1 思路分析

• 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。
• 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 会随着数据输出而改变, 而 rear则是随着数据输入而改变, 如图所示:

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）将尾指针往后移: rear +1+1+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 ==max⁡==\max==max Size −1-1−1 [队列满]

3.2 Java代码实现

public class ArrayQueue {public static void main(String[] args) {// 1. 声明数组模拟的队列，设置maxSize为4ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(4);// 2. 开始测试arrayQueue.add(1);arrayQueue.add(3);arrayQueue.add(4);arrayQueue.add(2);arrayQueue.add(5);System.out.println(arrayQueue.poll());System.out.println(arrayQueue.poll());System.out.println(arrayQueue.poll());System.out.println(arrayQueue.poll());System.out.println(arrayQueue.poll());}// 数组长度（队列的最大容量）int maxSize;// 当前队列长度int curSize;// 数组int[] arr;// 当前指向的元素int curIndex;public ArrayQueue(int maxSize) {this.maxSize = maxSize;arr = new int[maxSize];curIndex = 0;curSize = 0;}// 添加元素到队列public void add(int num) {if (curSize >= maxSize) {System.err.println("队列容量不足，无法添加元素");}else{arr[curSize++] = num;}}// 从队列取出头元素public int poll() {if (curIndex >= curSize) {throw new RuntimeException("当前队列为空，无法取出元素");}else if (curIndex >= maxSize) {throw new RuntimeException("超出队列长度");}else{return arr[curIndex++];}}}

输出：

队列容量不足，无法添加元素
1
3
4
2
Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException: 当前队列为空，无法取出元素at com.wskh.DataStructures.Queue.ArrayQueue.poll(ArrayQueue.java:57)at com.wskh.DataStructures.Queue.ArrayQueue.main(ArrayQueue.java:26)

3.3 问题分析与优化

1. 目前数组使用一次就不能用, 没有达到复用的效果
2. 将这个数组使用算法, 改进成一个环形的队列 取模：%

四、数组模拟环形队列

4.1 思路分析

对前面的数组模拟队列的优化, 充分利用数组. 因此将数组看做是一个环形的。(通过取模的方式来实现即可)
分析说明:

1. 尾索引的下一个为头索引时表示队列满, 即将队列容量空出一个作为约定, 这个在做判断队列满的 时候需要注意 ((( rear +1)%+1) \%+1)% maxSize === front 满]
2. rear ====== front [[[ 空 ]]]
3. 分析示意图:

4.2 Java代码实现

public class CircleArrayQueue {public static void main(String[] args) {// 1. 声明数组模拟的队列，设置maxSize为4CircleArrayQueue circleArrayQueue = new CircleArrayQueue(4);// 2. 开始测试circleArrayQueue.add(1);circleArrayQueue.add(3);circleArrayQueue.add(4);System.out.println(circleArrayQueue.poll());System.out.println(circleArrayQueue.poll());circleArrayQueue.add(2);circleArrayQueue.add(5);System.out.println(circleArrayQueue.poll());System.out.println(circleArrayQueue.poll());System.out.println(circleArrayQueue.poll());}// 数组长度（队列的最大容量）int maxSize;// 当前队列长度int curSize;// 当前追加的指针int addIndex;// 数组Integer[] arr;// 当前指向的元素int curIndex;public CircleArrayQueue(int maxSize) {this.maxSize = maxSize;arr = new Integer[maxSize];curIndex = 0;curSize = 0;addIndex = 0;}// 添加元素到队列public void add(int num) {if (curSize >= maxSize) {System.err.println("队列容量不足，无法添加元素");} else {arr[(addIndex++) % maxSize] = num;}}// 从队列取出头元素public int poll() {if (arr[curIndex % maxSize] == null) {throw new RuntimeException("当前队列为空，无法取出元素");} else {curSize--;Integer integer = arr[curIndex % maxSize];arr[curIndex % maxSize] = null;curIndex++;return integer;}}}

输出：

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4
2
5