Java队列数据结构的实现

这篇文章主要介绍了Java队列数据结构的实现,队列是一种特殊的线性表,只允许在表的队头进行删除操作，在表的后端进行插入操作，队列是一个有序表先进先出，想了解更多相关资料的小伙伴可以参考下面文章的详细内容

1.队列的基本概念

什么是队列?

队列是一种特殊的线性表
它只允许在表的前端（队头）进行删除操作
在表的后端（队尾）进行插入操作
队列是一个有序表(可以用数组或链表实现)
队列先进先出
队列开辟的是一块连续的空间

顺序队列中的溢出现象：

真溢出：当队列满时，做进栈运算产生空间溢出的现象。
假上溢：由于入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。当队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模时，也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作。

2.循环队列

在实际使用队列时，为了使队列空间能重复使用，往往对队列的使用方法稍加改进：无论插入或删除，一旦rear指针增1或front指针增1 时超出了所分配的队列空间，就让它指向这片连续空间的起始位置。自己真从MaxSize-1增1变到0，可用取余运算rear%MaxSize和front%MaxSize来实现。这实际上是把队列空间想象成一个环形空间，环形空间中的存储单元循环使用，用这种方法管理的队列也就称为循环队列。除了一些简单应用之外，真正实用的队列是循环队列

3.实现思路

由于普通队列存在溢出问题所以这里用数组来实现环形队列

1、front指向队列的首元素初始为0
2、rear指向队列尾元素的后一个位置 (空出来的一块空间作为约定)初始为0
3、队列满的条件：(rear+1) % maxSize = front
4、队列空的条件：rear = front
5、队列中元素的个数：(rear+maxSize-front) % maxSize

为什么队列满的条件是(rear+1) % maxSize = front

(1)假设rear>front rear-front=maxSize-1 rear+1-maxSize=front
由于当rear>front队列满时rear+1一定等于maxSize (rear+1) % maxSize = rear+1-maxSize =0
(2)假设front>rear front-rear=1 rear+1=front
由于当front>rear时rear+1一定小于maxSize
所以(rear+1) % maxSize=rear+1
(3)有上述所示可以得出队列满的条件是(rear+1) % maxSize = front
元素个数的计数与这相似

4.代码实现

 public class Queue { private int maxSzie; //队列中能存储的最大个数 private int frontPoint; //头指针指向队头 private int rearPoint; //尾指针指向队尾的后一个数据 private int[] array; //模拟队列的数组 /** * 初始化队列 */ public Queue(int max) { maxSzie = max; frontPoint = 0; rearPoint = 0; array = new int[max]; } /** * 判断队列是否为空 */ public boolean isEmpty(){ return frontPoint == rearPoint; } /** * 判断队列是否已满 */ public boolean isFull(){ return (rearPoint+1)%maxSzie == frontPoint; } /** * 向队列中添加数据 */ public void add(int x){ if (isFull()){ System.out.println("当前队列已满"); return; } //添加数据 array[rearPoint] = x ; //后移尾指针 rearPoint = (rearPoint+1) % maxSzie; System.out.println("添加成功"); } /** * 取出队列中的数据 */ public int remove(){ if (isEmpty()){ throw new RuntimeException("当前队列为空"); } //把队头的值赋值给临时变量 int x = array[frontPoint]; //移除数据后头指针需要向后移动 时其指向新的队头 frontPoint = (frontPoint+1) % maxSzie; System.out.println("移除成功"); return x; } /** * 获取队列头数据 */ public int gethead(){ if (isEmpty()){ throw new RuntimeException("当前队列为空"); } return array[frontPoint]; } /** * 遍历队列 */ public void show(){ int x = 0; for (int i = frontPoint; i <= (rearPoint+maxSzie-frontPoint)%maxSzie; i++) { x++; System.out.println("队列的第"+x+"个数据是"+array[i]); } } }

 public class QueueTest { public static void main(String[] args) { Queue queue = new Queue(5); Scanner scanner = new Scanner(System.in); char systemIn = ' '; boolean noEnd = true; while (noEnd){ System.out.println("a:add(添加数据)"); System.out.println("r:remove(删除数据)"); System.out.println("h:head(获取队头)"); System.out.println("s:show(遍历队列)"); System.out.println("e:exit(退出程序)"); System.out.println("请输入字符"); systemIn = scanner.next().charAt(0); switch (systemIn){ case 'a': System.out.println("请输入入队的数据(数字)"); int x = Integer.parseInt(scanner.next()); queue.add(x); break; case 'r': queue.remove(); break; case 'h': int head = queue.gethead(); System.out.println("队头是"+head); break; case 's': queue.show(); break; case 'e': noEnd = false; break; } } } }