前言
打卡：数组模拟队列和数组模拟环形队列
一、队列介绍以及数组模拟示意图
要点：
- 队列遵守先进先出的原则——增加只能在尾部，删除只能在头部
- 开始头尾两个指针都在一个位置上——数组的初始位置0的前一个位置
- 加入一个数据，头不动，尾指针加1，删除一个数据尾指针不动，头加1——进行操作前都是先动指针的
- 队列的头数据指的是：当前时刻下，排在最前面的那个数据——假设有三个数据，进行了一次删除操作，头指针指的是0（删除操作要先加1），那么此刻的队列头数据是头指针front+1即1，就是第二个加入的数据了为头数据了（任何时刻头指针都在头部数据的前一个位置上）
- maxsize:最大容量，但是对应数组的话，数组的最大下标是maxsize(数组从0开始的)
- 队列空：头尾指针在一个位置上，队列满：尾指针到了数组的最大下标（maxsize-1）
二、数组模拟队列代码实现
代码如下（示例）：
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试队列
//创建一个队列
ArrayQueue Queue = new ArrayQueue(3);//队列的大小为3对应数组最大下标为2从0开始
char key; //= ' ';//接收用户输入
Scanner in = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输出一个菜单
while(loop){
System.out.println("s(show):显示队列");
System.out.println("e(exit):退出程序");
System.out.println("a(add):添加数据到队列");
System.out.println("g(get):从队列获取数据");
System.out.println("h(head):查看队列头部数据");
key = in.next().charAt(0);//获取输入的第一个字符
switch (key){
case 's':
Queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输入一个数字");
int value = in.nextInt();
Queue.addQueue(value);
break;
case 'g'://异常处理机制,抛出异常和捕捉异常？
try {
int res = Queue.getQueue();//不能插队啊，只能从对列头顺序出来，不需要带参
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = Queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e'://退出
in.close();
loop = false;//循环会停，就不会出现菜单了
break;
default:
break;//如果没有按要求输入，就会跳出语句，重新循环出菜单
}
}
System.out.println("程序退出！");
}
//使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类
static class ArrayQueue{
private int maxSize;//表示数组最大容量
private int front;//队列头
private int rear;//队列尾
private int []arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize){//调用时带参数（队列的大小-数组的大小）
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;//指向队列头部数据的前一个位置
rear = -1;//指向队列尾
}
//判断队列是否满
public boolean isFull(){
return rear == maxSize-1;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty(){
return rear == front;
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n){//调用方法时要带参数（加入的值）
//判断队列是否满
if(isFull()){
System.out.println("队列满，不能添加数据~");
return;
}
rear++;//加数据从尾部，必须先加，不然是-1指不到数组的初始位置
arr[rear] = n;
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue(){//取出数据不用参数，因为只能按照头元素所指来顺序取出
//判断队列是否为空
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");//不用return，抛出异常包含了这个操作
}
front++;//先后移，不然指不到数组的初始位置0
return arr[front];//返回出去一个数据
}
//显示队列所有数据
public void showQueue(){
//遍历前，判断是否为空
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空的，没有数据~");
}
for(int i=0;i<arr.length;i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
//显示队列的头数据，注意不是取出数据
public int headQueue(){
//判断
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
}
return arr[front+1];//就把它想成指着头部数据的前一个位置（-1，头部是0）;取出数据后，指的也是头数据前一个位置（指的这个位置是没有数据的）
}
}
}
2.代码中的问题
Java的异常处理机制：异常的抛出和捕捉
- try：try块中主要放置可能会产生异常的代码块。如果执行try块里的业务逻辑代码时出现异常，系统会自动生成一个异常对象，该异常对象被提交给运行环境，这个过程被称为抛出（throw）异常。Java环境收到异常对象时，会寻找合适的catch块（在本方法或是调用方法），如果找不到，java运行环境就会终止，java程序将退出
- catch：catch块中放置当出现相应的异常类型时，程序需要执行的代码。当try中语句可能发生多个异常的时候可以由多个catch。
那么这些异常类也有一些方法我们应该了解： - getMessage（）；返回该异常的详细描述字符
- printStackTrace（）：将该异常的跟踪栈信息输出到标准错误输出。（异常链）
- printStackTrace（PrintStream s）：将该异常的跟踪栈信息输出到指定的输出流
- getStackTrace（）：返回该异常的跟踪栈信息。
//显示队列的头数据，注意不是取出数据
public int headQueue(){
//判断
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");//双引号里面的就是异常的详细信息
}
return arr[front+1];//就把它想成指着头部数据的前一个位置（-1，头部是0）;取出数据后，指的也是头数据前一个位置（指的这个位置是没有数据的）
}
}
try {
int res = Queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);//当执行这个程序时如果出现异常就执行catch语句块
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());//getMessage（）；返回该异常的详细描述字符
}
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原文链接：https://blog.csdn.net/zx64881926/article/details/52300271
3.测试中的问题
这个队列是一个一次性队列，指针移动后不能返回，当三个容量全部满载时，rear指针指到maxsize-1；取出全部数据后，front指针也指着maxsize-1，此时虽然是队列空的，但数组用完了，当添加数据时，rear指针移动不了，它到达数组上限了，删除数据也是如此。
它遍历的是数组的长度，除开加入的数据，默认的数值它也会遍历出来
三、数组模拟环形队列
要点：
- 可以用取余操作实现环形（数组的重复使用）
- 头指针和尾指针初始值为0，头指针就是指队列头元素，尾指针是指队列的最后一个数据的下一个位置
- 环形队列中会空出一个单元用来判满或者判空
- 因为判满的条件是(rear+1)%maxsize==front,就注定只能存放四个数据即rear最多指到4，数组 0 1 2 3 都有数据（在初始状态下），此时的预留单元是arr【4】
- 在第二轮回中，把满的队列数据全部取出（此时front和rear都等于4）再把队列加四个数据（此时队列满了，4 0 1 2 都有数据rear到3就队满了）那么此时的预留单元就是arr[3]了
- 可以画一个圆环，内分成等分格子，把所有操作模拟两遍就能理解了
2.代码实现
package DataStructures;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试队列
//创建一个环形队列
ArrayQueue Queue = new ArrayQueue(5);
char key; //= ' ';//接收用户输入
Scanner in = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输出一个菜单
while(loop){
System.out.println("s(show):显示队列");
System.out.println("e(exit):退出程序");
System.out.println("a(add):添加数据到队列");
System.out.println("g(get):从队列获取数据");
System.out.println("h(head):查看队列头部数据");
key = in.next().charAt(0);//获取输入的第一个字符
switch (key){
case 's':
Queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输入一个数字");
int value = in.nextInt();
Queue.addQueue(value);
break;
case 'g'://异常处理机制,抛出异常和捕捉异常？
try {
int res = Queue.getQueue();//不能插队啊，只能从对列头顺序出来，不需要带参
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = Queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e'://退出
in.close();
loop = false;//循环会停，就不会出现菜单了
break;
default:
break;//如果没有按要求输入，就会跳出语句，重新循环出菜单
}
}
System.out.println("程序退出！");
}
//使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类
static class ArrayQueue{
private int maxSize;//表示数组最大容量
private int front;//指向队列的第一个元素，初始值为0
private int rear;//指向队列的最后一个元素下一个位置，因为希望空出一个空间（这个空间是动态变化的的，可以是arr[4]也可以是arr[3]等）作约定，初始值也是0
//反正它五个格子，0 1 2 3 4，只要满四个格子那么剩下的就是流出来的
private int []arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize){//调用时带参数（队列的大小-数组的大小）
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = 0;//默认是0，可以不写
rear = 0;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull(){
return (rear+1)%maxSize == front;//假设容量为5要留一个空间的话做判断的话，rear最多指到arr[4]，队列满时队列的最后一个元素在arr[3]
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty(){
return rear == front;//队列空的还是一样，因为初始值都0
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n){//调用方法时要带参数（加入的值）
//判断队列是否满
if(isFull()){
System.out.println("队列满，不能添加数据~");
return;
}
arr[rear] = n;//因为初始值为0，是数组的初始位置直接加
//将rear后移，这里考虑取余
rear = (rear+1)%maxSize;
//不大于最大容量的时候，就正常后移.当指针指到arr[4]队列就满了,1.如果此时取出一个元素
//那么front就指着arr[1],队列此时是不满的，此时加一个数据的话，rear加1对maxsize取余等于零（又可以从头开始了）
//此时队列是可以判满的，因为头是1尾也是1。？
//如果依次取出当取出最后一个元素时头指着arr[3],如果再取一次头加一那就与尾指针相等（判空）
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue(){//取出数据不用参数，因为只能按照头元素所指来顺序取出
//判断队列是否为空
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");//不用return，抛出异常包含了这个操作
}
//front指的是队列的第一个元素
//先把front对应的值保存到一个临时变量中
//再把头指针后移,也可能移动到数组最大下标，所以这里考虑取模
//返回临时变量
int value = arr[front];
front = (front+1)%maxSize;
//在尾指针和头指针都为4的判空情况下，此刻添加一个元素，尾就变成0从新开始了
//再进行取出操作头也加一为5取余为0也从0从新开始（即取出的是刚刚加入的arr[0]）
return value;
}
//显示队列所有数据
public void showQueue(){
//遍历前，判断是否为空
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空的，没有数据~");
}
//优化思路：从front开始遍历，遍历多少个元素,相当于只遍历有效数据
for(int i=front;i<front+size();i++) {//因为rear指的那个位置没有数，所以不加等号
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
}//假设把队列满的取空了，front和rear指的是4，再添加四个数据（因为是先加后移动指针的）那么此时rear指的是3队列是满的（根据计算）
//直接相等就是空的，尾加1取余相等就队满
// for(int i=0;i<arr.length;i++){//原来这个本来就不完善，存一个数据之后（队列中只有一个数据）
// 遍历整个数组他会把默认值0的数据也会遍历出来，也就是说只要不为空，不管队列有不有值都会显示出来
// System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
//求出当前队列有效数据的个数
public int size() {
return (rear+maxSize-front)%maxSize;//前辈的牛逼思想
}
//显示队列的头数据，注意不是取出数据
public int headQueue(){
//判断
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
}
return arr[front];//指的就是队列头元素
}
}
}
总结
两种模拟方式都是在数组的基础上进行的，指针的操作具体看它的初始值（反正添加第一个数据时位置是从序号0开始的），环形队列因为两个指针的初始值都是0；所以先进行值得操作，再进行指针得操作。
环形可以用取余操作来进行
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