Java数据结构之队列

队列是常见的数据结构之一，队列是一个有序表，通常实现队列的方式有两种，数组实现和链表实现
队列的特点：先进先出，即先存入队列的数据，要先取出，后存入队列的数据，要后取出

数组实现队列

数组队列结构

public class ArrayQueue {

    private int maxSize;//表示数组的最大容量
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数组用于模拟队列

    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;//指向队列头的前一个位置（不含队列头的数据）
        rear = -1;//直接指向队列的尾部（就是包含队列尾部数据）
    }

    //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 front == rear ;
     }

     //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否已满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }

    //获取队列数据，即出队
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列为空");
        }else {
            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(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

数组队列测试

class ArrayQueueTest {
    public static void main(String[] args) {

        //创建一个队列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';//接收用户的输入
        Scanner scanner = 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");
            System.out.println("g(get):从队列获取数据");
            System.out.println("h(head):查看队列头");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数字");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int result = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据为:"+result);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int result = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据为:"+result);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序已退出");
    }
}

链表实现队列

链表队列结构

class CircleArrayQueue{

    private int maxSize;//表示数组的最大容量
    //队列头,指向第一个元素的位置，包含第一个元素，初始值=0
    private int front;
    //队列尾，指向最后一个元素的后一个位置，预留一个约定空间，初始值=0
    private int rear;
    private int[] arr;//该数组用于模拟队列

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

    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        //有一个位置是约定，是空的，所以需要加1
        return (rear + 1)%maxSize == front;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return front == rear ;
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否已满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满");
            return;
        }
        arr[rear] = n;
        //因为rear后移，需要取模是因为rear可能是绕一圈或者是多圈的，需要保持下标的正确
        rear = (rear+1)%maxSize;
    }

    //获取队列数据，即出队
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        //返回数据后无法再移动，所以需要先找一个变量存储一下数据
        int data = arr[front];
        front = (front + 1)%maxSize;
        return data;
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列为空");
        }else {
            //从front开始遍历，遍历多少个元素
            for (int i = front; i < front + size(); i++) {
                //i取模也是为了保证下标的真确性
                System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
            }
        }
    }
    //求出当前队列元素的个数
    public int size (){
        return (rear+maxSize-front)%maxSize;
    }

    //显示队列的头数据
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front];
    }

}

链表队列测试

public class CircleArrayQueueTest {

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        CircleArrayQueue circleArrayQueue = new CircleArrayQueue(4);
        char key = ' ';//接收用户的输入
        Scanner scanner = 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");
            System.out.println("g(get):从队列获取数据");
            System.out.println("h(head):查看队列头");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    circleArrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数字");
                    int value = scanner.nextInt();
                    circleArrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int result = circleArrayQueue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据为:"+result);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int result = circleArrayQueue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据为:"+result);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序已退出");
    }
}