环形数组

队列是一个有序列表，可以用数组存储（顺序存储）或者链表存储（链式存储），队列一定要遵循先入先出的原则。

数组实现：

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试,初始化对象
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        String key = " ";//用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while (loop){
            System.out.println("输入show以显示队列");
            System.out.println("输入exit以退出程序");
            System.out.println("输入add向队列添加数据");
            System.out.println("输入get向队列取出数据");
            System.out.println("输入head取出队列第一个数据");
            key = scanner.next();
            switch (key){
                case "show":
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case "exit":
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                case "add":
                    System.out.println("请输入您要添加的数据:");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case "get":
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据是:"+res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case "head":
                    try{
                        System.out.println(arrayQueue.headQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                default:
                    System.out.println("输入错误，请重新输入!");
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出!");
    }
}

class ArrayQueue{
    private int maxsize;//最大容量
    private int front;//队列头部
    private int rear;//队列尾部
    private int[] arr;//存放数组，模拟队列
    //构造器
    public ArrayQueue(int maxsize) {
        this.maxsize = maxsize;
        front = -1;//队列头执行队列第一个数据前一个位置
        rear = -1;//队列尾指向最后一个数据
        arr = new int[maxsize];
    }
    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return maxsize-1 ==rear;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
    //向队列中添加数据
    public void addQueue(int n){
        //首先判断队列是否为满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满，无法继续添加数据!");
            return;
        }
        //队列尾先后移一位，然后添加数据
        arr[++rear] = n;
    }
    //获取队列中的数据
    public int getQueue(){
        //首先判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法获取数据!");
        }
        //队列头前移一位
        return arr[++front];
    }
    //显示队列所有数据
    public void showQueue(){
        //首先判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法获取数据!");
        }
        //遍历
        for(int i=0;i<arr.length;i++){
            System.out.println("arr["+i+"]:"+arr[i]);
        }
    }
    //显示队列的头数据
    public int headQueue(){
        //首先判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法获取数据!");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

这种方法只能使用一次，无法复用，所以我们可以使用环形数组队列：

环形数组与普通数组略有区别，环形数组的front初始值为0，且处于第一个元素的位置，则arr[front]就是第一个元素的值，rear的初始值也为0，但是却处于最后一位元素的后一位的位置，因为要留出一个空间作为约定，判断队列满时的条件：(rear+1)%MaxSize==front//（因为约定预留了一个位置，所以rear要加1，而又因为是环形数组，所以要通过取模判断）判断队列为空时的条件：front==rear

队列中有效数据数：（rear-front+MaxSize)%MaxSize（最大有效数据比MaxSize小1，因为有一块约定空间）

原理图：

代码实现：

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试,初始化对象
        CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(4);//有效数据最多为3个
        String key = " ";//用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while (loop){
            System.out.println("输入show以显示队列");
            System.out.println("输入exit以退出程序");
            System.out.println("输入add向队列添加数据");
            System.out.println("输入get向队列取出数据");
            System.out.println("输入head取出队列第一个数据");
            key = scanner.next();
            switch (key){
                case "show":
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case "exit":
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                case "add":
                    System.out.println("请输入您要添加的数据:");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case "get":
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据是:"+res);

                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case "head":
                    try{
                        System.out.println(arrayQueue.headQueue());
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                default:
                    System.out.println("输入错误，请重新输入!");
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出!");
    }
}

class CircleArrayQueue{
    private int maxsize;//最大容量
    private int front;//队列头部
    private int rear;//队列尾部
    private int[] arr;//存放数组，模拟队列
    //构造器
    public CircleArrayQueue(int maxsize) {
        this.maxsize = maxsize;
        front = 0;//队列头执行队列第一个数据
        rear = 0;//队列尾指向最后一个数据的后一个位置
        arr = new int[maxsize];
    }
    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return (rear+1)%maxsize == front;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
    //向队列中添加数据
    public void addQueue(int n){
        //首先判断队列是否为满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满，无法继续添加数据!");
            return;
        }
        arr[rear] = n;
        rear = (rear+1) % maxsize;//因为是环形数组具有复用性，如果rear到了最后一位会回到起点
    }
    //获取队列中的数据
    public int getQueue(){
        //首先判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法获取数据!");
        }
        //front是指向队列的第一个元素，返回当前数据并使front后移
        int value = arr[front];
        front = (front+1)%maxsize;
        return value;
    }
    //显示队列所有数据
    public void showQueue(){
        //首先判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法获取数据!");
        }
        //遍历
        for(int i=front;i<front+size();i++){
            System.out.println("arr["+i%maxsize+"]:"+arr[i%maxsize]);
        }
    }
    //显示队列的头数据
    public int headQueue(){
        //首先判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法获取数据!");
        }
        return arr[front];
    }

    //求出当前数据有效数据个数
    public int size(){
        return (rear-front+maxsize)%maxsize;
    }
}