Java 单向队列及环形队列的实现原理

本文主要介绍了Java 单向队列及环形队列的实现原理，文中通过示例代码介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下

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

队列缺点：

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

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