怎么在Java中利用数组模拟循环队列

怎么在Java中利用数组模拟循环队列？针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

Java有哪些集合类

Java中的集合主要分为四类：1、List列表：有序的，可重复的；2、Queue队列：有序，可重复的；3、Set集合：不可重复；4、Map映射：无序，键唯一，值不唯一。

一、队列简介

队列是一个有序列表，遵循“先入先出”的原则，即先存入队列的数据要先取出，后存入的数据后取出。

队列有两种存储表示，顺序表示和链式表示。顺序表示可以用数组来实现。

二、数组模拟队列

用数组模拟队列时，设两个值front=0，rear=0。front表示队列首部第一个数据所在位置，rear表示尾部最后一个数据的下一个位置。

将数据插入数组队列时（入队），从尾部进行插入,即array[rear] = value,同时rear后移，rear++。取出数据时（出队），从头部取出数据,value = array[front]，同时front后移front++。

当front=0，rear=maxSize（数组的最大长度），队列满，不能再存入数据。

这时如果执行出队操作，又有空间可以存储，但继续插入数据，会出现溢出现象，即因数组越界而导致程序非法操作错误。而实际上空间并未占满，所以称这种现象为“假溢出”。这是由“队尾入队，队头出队”的限制操作所造成的。

如何解决“假溢出”的问题呢？

答案就是循环队列。

三、数组模拟循环队列

将顺序队列变为一个环状空间，front、rear和队列元素之间的关系不变，只是在循环队列中，front、rear依次后移加1的操作可用“模”运算来实现。

通过取模，front、rear就可以在顺序表空间内以头尾衔接的方式“循环”移动。

元素出队后，front = （front+1）%maxSize ；
元素入队后，rear = （rear+1）%maxSize 。

（maxSize为数组队列的最大长度）

例如，队列最大长度为4，当rear=3时，存入数据，array[3]=value,rear后移一位，如果没有取模运算，则rear=4，这时继续插入数据，array[4]越界。

如果进行取模运算，rear = （rear+1）%maxSize ，这时rear=0，rear又重新回到了0的位置。这样的运算，使得rear的值在0、1、2、3之间循环。

front的值同理。

写了这么多字，感觉还不如看代码来得更容易理解一点。

四、代码实现

数组模拟循环队列

package com.ArrayQueue;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String args[]){
        int maxSize = 4;
        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(maxSize);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        char key;
        boolean loop = true;
        while (loop) {
            //根据输入的不同字母，进行对应的操作
            System.out.println("a(add):添加一个数据");
            System.out.println("g(get):取出一个数据");
            System.out.println("h(head):展示头部数据");
            System.out.println("s(show):展示所有数据");
            System.out.println("q(quit):退出程序");
            //因为判满条件的缘故，队列的最大容量实为maxSize-1
            System.out.printf("(队列的最大容量为：%d)\n",maxSize-1);
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            try {
                switch (key) {
                    case 'a':
                        System.out.println("请输入一个数：");
                        int value = scanner.nextInt();
                        queue.addQueue(value);
                        System.out.println("数据添加成功。");
                        break;
                    case 'g':
                        System.out.printf("取出的数据为：%d\n", queue.getQueue());
                        break;
                    case 'h':
                        queue.headQueue();
                        break;
                    case 's':
                        queue.showQueue();
                        break;
                    case 'q':
                        scanner.close();
                        loop = false;
                        System.out.println("程序已退出。");
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            } catch (RuntimeException e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        }
    }
}
/**
 * 队列的顺序表示
 * 数组模拟循环队列
 */
class CircleArrayQueue{
    private int maxSize;
    private int front;//指向头元素所在位置
    private int rear;//指向尾元素所在位置的下一个位置
    private int arr[];//存放数据的数组

    //构造器，传入数组最大容量值
    public CircleArrayQueue(int size){
        maxSize = size;
        front = 0;
        rear = 0;
        //虽然数组最大容量为maxSize，但实际用于存储的只有maxSize-1
        arr = new int[maxSize];
    }
    //判空条件：front == rear
    public boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }
    //判满条件：(rear+1)%maxSize == front
    public boolean isFull(){
        return (rear+1)%maxSize == front;
    }
    //添加数据，入队
    public void addQueue(int n){
        //判满
        checkFull();
        arr[rear] = n;
        rear = (rear+1)%maxSize;
    }
    //取出数据，出队
    public int getQueue(){
        //判空
        checkEmpty();
        int value = arr[front];
        front = (front+1)%maxSize;
        return value;
    }
    //队列中的有效值个数
    public int size(){
        return (rear-front+maxSize)%maxSize;
    }
    //展示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //判空
        checkEmpty();
        for(int i=front;i<front+size();i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
        }
        System.out.printf("当前front=%d,rear=%d\n",front,rear);
    }
    //展示位于队列头部的元素值，不改变front的指向
    public void headQueue(){
        //判空
        checkEmpty();
        System.out.printf("头部数据是：%d\n",arr[front]);
    }
    //检测出队列为空时，打印当前front，rear的值，抛出异常
    public void checkEmpty(){
        if (isEmpty()) {
            System.out.printf("当前front=%d,rear=%d\n",front,rear);
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据");
        }
    }
    //检测出队列满时，打印当前front，rear的值，抛出异常
    public void checkFull(){
        if(isFull()){
            System.out.printf("当前front=%d,rear=%d\n",front,rear);
            throw new RuntimeException("队列已满，不能添加数据");
        }
    }
}

五、运行结果

关于怎么在Java中利用数组模拟循环队列问题的解答就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，如果你还有很多疑惑没有解开，可以关注亿速云行业资讯频道了解更多相关知识。