亲宝软件园·资讯

展开

Java 单向队列及环形队列

沐雨橙风~~ 人气:1
  • 队列的特点

    1.可以使用数组和链表两种方式来实现。

    2.遵循先入先出(FIFO)的规则,即先进入的数据先出。

    3.属于有序列表。

  • 图解实现过程:

1.定义一个固定长度的数组,长度为maxSize。

2.设置两个指针first = -1(指向队列第一个数据的前一位,这样保证在添加第一 个数据以后头指针为0,和数组的下标一样,且用于操作出队)和last = -1(指向 队尾,用于操作入队)。

3.即first会因为出队操作而增加,last会因为入队操作而增加


  • 代码实现:

    package 队列;
    
    public class ArrayQueueTest {
        public static void main(String[] args) {
            ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
            arrayQueue.addQueue("琼");
            arrayQueue.addQueue("赟");
            arrayQueue.addQueue("珑");
            arrayQueue.showAllQueueData();
            System.out.println(arrayQueue.getQueue());   
        }
    }
    class ArrayQueue{
        private int maxSize;//定义队列的最大长度
        private int first ;//指向队列头的前一个位置!!前一个位置!!出队方向
        private int last ;//指向队列尾部!!即最后一个数据!!!入队方向
        private String[] arr; //先建一个空的数组,具体长度未知,需要maxSize来确定。
    
        //构造器初始化队列信息
        public ArrayQueue(int maxSize){
            this.maxSize = maxSize;
            this.first = -1;
            this.last = -1;
            arr = new String[maxSize];
        }
    
        //判断是否为空
        public boolean isEmpty(){
            if (first == last) {
                System.out.println("队列为空~~");
                return true;
            }else {
                System.out.println("队列不为空~~");
                return false;
            }
        }
    
        //判断队列是否满
        public boolean isFull(){
            if (last == maxSize-1) {
                System.out.println("队列已满~~");
                return true;
            }else {
                System.out.println("队列未满~~");
                return false;
            }
        }
    
        //入队
        public void addQueue(String data){
            if (last == maxSize-1){
                System.out.println("队列已满,不能再添加!!");
                return;
            }else {
                last++; //添加数据只和末尾下标有关
                arr[last] = data;
                return;
            }
        }
    
        //出队
        public String getQueue(){
            if (isEmpty()) {
                //因为getQueue方法是int型,需要返回数据,如果无数据,也需要返回
                //如果返回-1或者其他数据,会让人误解获取到的数就是-1或者其他
                //所以用抛出异常来处理
                throw new RuntimeException("队列为空,无数据~~");
            }
            else {
                first++;
                return arr[first];
            }
        }
    
        //遍历队列所有信息
        public void showAllQueueData(){
            if (first == last){
                return;
            }
            for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
                System.out.println("arr["+i+"]"+"="+arr[i]);
            }
        }
    
        //获取队列头数据
        public String headQueueData(){
            if (isEmpty()){
                throw new RuntimeException("无数据~~~");
            }
            return arr[++first];
        }
    }
    
  • 缺点:

    由于出队操作,使得first指针上移变大,导致数组前面空出来的位置就不能再继续添加数据,即不能再被重复使用,这样一个队列只能使用一次,内存效率太低,所以需要使用环形队列来优化解决。

  • 优化解决——环形队列实现思路

    1.first指针初始默认设置为0,指向队列头部,则arr[first] 就是第一个数据。

    2.last指针初始默认也为0,但是会随着增加数据而后移。

    3.队列满的条件:

    (last + 1) % maxSize ==  first

    last+1是为了让指针后移,而且如果不设置为 last+1 那么一开始的时候last为0 ,   last % maxSize == 0,且first也为0,还没加数据就满了。

    4.队列为空的条件:

    first == last  

    5.由于判断是否满的时候: last+1 ,导致实际上可以装的数据比数组长度少 1


  • 环形队列各步骤及各方法实现讲解

    1.队列初始化

    class CircleArryQueue{
        private int maxSize ; //数组长度,即队列最大容量
        private int first;      //头指针,控制出队操作
        private int last;   //尾指针,控制入队操作
        private int[] arr;      //数组类型,可以换其他的。
    
        //构造器初始化信息
        public CircleArryQueue(int maxSize){
            this.maxSize = maxSize;
            this.arr = new int[maxSize];
            this.first = 0;       //这两个可以不加,不叫也是默认为0
            this.last = 0;
        }
    }

    2.判断队列是否为空:

     public boolean isEmpty(){
            //头指针和尾指针一样 则说明为空
            return last == first;
        }

    3.判断队列是否满:

    /*
    *这里的 last+1 主要是为了让指针后移,特别是在队列尾部添加数据的时候,本来用last也可以判断,但
    *是一开始还没加数据的时候,如果直接用last % maxSize == first,结果是true,所以为了解决指针后*移和判断是否满,用来last+1。其次,因为last+1可能会导致数组指针越界,所以用取模来控制它的范  * 围,同时保证他会在一个固定的范围循环变换,也利于环形队列的实现。
    */
    public boolean isFull(){
        return (last + 1) % maxSize == first;
    }
    

    4.添加数据到队列尾部:入队

    public void pushData(int data){
        //先判断是否满了
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已经满啦~~");
            return;
        }
        arr[last] = data;
        //last+1是为了后移,取模是为了避免指针越界,同时可以让指针循环
        last = (last + 1) % maxSize;
    }

    5.取出队首数据:出队

    public int popData(){
            if (isEmpty()) {
                //抛异常就可以不用返回数据了
                new RuntimeException("队列为空,没有获取到数据~~");
            }
    
          //要先把first对应的数组数据保存——>first后移——>返回数据
            int value = arr[first];
          //first+1的操作和last+1是一样的,取模也是 
            first = (first+1) % maxSize;
            System.out.println(value);
            return value;
          //如果不保存first指针 那么返回的数据就不对了
          //如果直接返回数据,那first指针还没后移 也不对,所以需要使用第三方变量
        }

    6.展示队列中所有数据:

    public void showAllData(){
            if (isEmpty()) {
                System.out.println("队列为空,没有数据~~");
                return;
            }
          //此处i不为0,是因为有可能之前有过popData()操作,使得firs不为0,所以最好使用
          //first给i动态赋值,
            for (int i = first; i < first+size() ; i++) {
                System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+arr[i%maxSize]);
            }

    7.获取队列中数据的总个数:

    public int dataNum(){
      //韩顺平老师的教程上是这样写,但是我理解不了..........。
      return (last+maxSize-first) % maxSize;   
    }

    8.查看队首数据但不弹出:

    public void seeFirstData(){
        return arr[first];
    }

  • 全部代码整合:

    package 练习;
    
    import java.util.Scanner;
    
    public class CircleArryQueue {
        public static void main(String[] args){
            CircleQueue circleQueue = new CircleQueue(4);
            System.out.println("--------测试环形队列--------");
            char key = ' ';
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    
            boolean flag = true;
            while (flag){
                System.out.println("s(showAllData):查看队列数据");
                System.out.println("p(pushData):队尾添加数据");
                System.out.println("g(popData):弹出队头数据");
                System.out.println("h(seefirstData):获取队头数据");
                System.out.println("e(exit):退出程序");
                key = scanner.next().charAt(0);
    
                switch (key){
                    case 's':
                        circleQueue.showAllData();
                        break;
                    case 'p':
                        System.out.println("输入一个数据:");
                        int obj = scanner.nextInt();
                        circleQueue.pushData(obj);
                        break;
                    case 'g':
                        circleQueue.popData();
                        break;
                    case 'h':
                        circleQueue.seeFirstData();
                        break;
                    case 'e':
                        scanner.close();
                        flag = false;
                        break;
                    default:
                        break;
                }
    
            }
    
            System.out.println("程序结束~~~");
    
        }
    
    }
    
    class CircleQueue {
        private int maxSize ; //数组长度,即队列最大容量
        private int first;      //头指针,控制出队操作
        private int last;   //尾指针,控制入队操作
        private int[] arr;      //数组类型,可以换其他的。
    
        //构造器初始化信息
        public CircleQueue(int maxSize){
            this.maxSize = maxSize;
            this.arr = new int[maxSize];
            this.first = 0;       //这两个可以不加,不叫也是默认为0
            this.last = 0;
        }
    
        public boolean isEmpty(){
            //头指针和尾指针一样 则说明为空
            return last == first;
        }
    
    /*
    *这里的 last+1 主要是为了让指针后移,特别是在队列尾部添加数据的时候,本来用last也可以判断但
    *是一开始还没加数据的时候,如果直接用last % maxSize == first,结果是true,所以为了解决指针
    *后移和判断是否满,用来last+1。其次,因为last+1可能会导致数组指针越界,所以用取模来控制它
    *的范围,同时保证他会在一个固定的范围循环变换,也利于环形队列的实现。
    */
        public boolean isFull(){
            return (last + 1) % maxSize == first;
        }
    
        public void pushData(int data){
            //先判断是否满了
            if(isFull()){
                System.out.println("队列已经满啦~~");
                return;
            }
            arr[last] = data;
            //last+1是为了后移,取模是为了避免指针越界,同时可以让指针循环
            last = (last + 1) % maxSize;
        }
    
        public int popData(){
            if (isEmpty()) {
                //抛异常就可以不用返回数据了
                throw new RuntimeException("队列为空,没有获取到数据~~");
            }
    
            //要先把first对应的数组数据保存——>first后移——>返回数据
            int value = arr[first];
            //first+1的操作和last+1是一样的,取模也是
            first = (first+1) % maxSize;
            System.out.println(value);
            return value;
            //如果不保存first指针 那么返回的数据就不对了
            //如果直接返回数据,那first指针还没后移 也不对,所以需要使用第三方变量
        }
    
      //查看所有数据
        public void showAllData(){
            if (isEmpty()) {
                System.out.println("队列为空,没有数据~~");
            }
            //此处i不为0,是因为有可能之前有过popData()操作,使得firs不为0,所以最好使用
            //first给i动态赋值,
            for (int i = first; i < first+dataNum() ; i++) {
                System.out.println("arr["+i%maxSize+"]"+arr[i%maxSize]);
            }
        }
      //查看有效数据个数
        public int dataNum(){
            //韩顺平老师的教程上是这样写,但是我理解不了..........。
            return (last+maxSize-first) % maxSize;
        }
      //查看队列第一个数据
        public int seeFirstData(){    
            System.out.println(arr[first]);
            return arr[first];
    
        }
    }

  • 最后:

    部分内容参考自B站韩顺平老师java数据结构课程,由于笔者水平有限,整理的博文中难免有不不足和理解不对的地方,欢迎留言批评指正。码字不易,调试费神。欢迎转载转发,但请注明出处。如有帮助,欢迎打赏一杯咖啡调试bug。

加载全部内容

相关教程
猜你喜欢
用户评论