3. 環形隊列

環形隊列

• 數組模拟隊列的優化，充分利用數組. 是以将數組看做是一個環形的。(通過取模的方式來實作即可)

優化思路

• front變量的含義做一個調整：front就指向隊列的第一個元素，也就是說arr[front]就是隊列的第一個元素，front的初始值為0
• rear變量的含義做一個調整：rear指向隊列的最後一個元素的後一個位置，因為希望留出一個空間做為約定，隊列的有效資料個數為maxsize-1，rear的初始值為0
• 此前隊列滿時，條件是

  rear == maxSize - 1

  ，調整過後，條件變為

  (rear+1)%maxSize == front

• 當隊列尾空時，條件為

  rear == front

• 這樣調整之後，隊列中有效的資料的個數

  (rear + maxSize - front) % maxSize

• 根據以上思路進行修改後，就可以得到一個環形隊列

環形隊列的Java實作

package com.jason.queue;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 測試隊列
        System.out.println("測試環形隊列：");
        // 建立一個環形隊列
        CircleArrayQueue circleArrayQueue = new CircleArrayQueue(4);
        char key = ' '; // 接收使用者輸入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        // 輸出一個菜單
        while (loop) {
            System.out.println("s(show): 顯示隊列");
            System.out.println("e(exit): 退出程式");
            System.out.println("a(add): 添加資料到隊列");
            System.out.println("g(get): 從隊列取出資料");
            System.out.println("h(head): 檢視隊列頭的資料");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    circleArrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("請輸入一個數");
                    int n = scanner.nextInt();
                    circleArrayQueue.addQueue(n);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = circleArrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的資料為%d\n",res);
                    } catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = circleArrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("隊列頭的資料為%d\n",res);
                    } catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程式退出");
    }
}

class CircleArrayQueue {
    private int maxSize; //表示隊列的最大容量
    private int front; //隊列頭
    private int rear; //隊列尾
    private int[] arr; //該數組用于存放資料，模拟隊列

    public CircleArrayQueue (int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    // 判斷隊列是否已滿
    public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    // 判斷隊列是否為空
    public boolean isEmpty() {
        return front == rear;
    }

    // 添加資料到隊列，入隊列
    public void addQueue(int n) {
        // 判斷隊列是否已滿
        if (isFull()) {
            System.out.println("隊列已滿，無法加入資料");
            return;
        }
        // 直接将資料加入
        arr[rear] = n;
        // 将rear後移，這裡必須考慮取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    // 擷取隊列的資料，出隊列
    public int getQueue() {
        // 判斷隊列是否為空
        if (isEmpty()) {
            // 通過抛出異常來傳回
            throw new RuntimeException("隊列已空，無法取出資料");
        }
        // 這裡由于front是指向隊列的第一個元素，做如下修改
        // 1.先把front指向的值賦給一個臨時變量
        // 2.将front後移
        // 3.傳回臨時變量
        int temp = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return temp;
    }

    // 顯示隊列的所有資料
    public void showQueue() {
        // 周遊
        if (isEmpty()) {
            // 通過抛出異常來傳回
            System.out.println("隊列已空，無法取出資料");
            return;
        }
        // 從front開始周遊
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d] = %d\n",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
        }
    }

    // 求出目前隊列有效資料的個數
    public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    // 顯示隊列的頭資料，不是取出資料
    public int headQueue() {
        //判斷是否已空，若空則提示無資料
        if (isEmpty()) {
            // 通過抛出異常來傳回
            throw new RuntimeException("隊列已空，無法取出資料");
        }
        return arr[front];
    }
}