循环队列的定义与代码实现

循环队列的定义

普通的队列有许多的不足，常常有出现“假溢出”这种现象；但是，循环队列恰好可以解决这些问题。 循环队列解决假溢出的办法是后面满了，就再从头开始，也就是头尾相接的循环。我们把队列的这种头尾相接的顺序存储结构称为循环队列。

循环队列用到的公式：

队列满的公式：（rear+1）%QueueSize == front 队列长度公式：（rear-front+QueueSize）%QueueSize

front：队列头，指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素，初始值为 0 rear：队列尾，指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间做为约定，初始值为0 QueueSize：表示数组的最大容量

循环队列图解：

假设我们初始化一个QueueSize = 5 的循环队列（因为下标从0开始），此时front和rear的值都为0； 当我们往队列放入4个数据后，此时的队列已经满了（保留一个元素空间）

此时代入队列满的公式进行验算：（4+1）%5 == 0 ；显而易见，公式左边5%5结果为0；公式右边front的值也为0；所以该公式验算结果为队列满。

此时再代入求队列长度的公式进行验算：（4-0+5）%5 = 4，求得结果为4，验算正确。 当a1、a2出队，并入队a5、a6后，就是下图的样子

循环队列代码实现

package com.Lindom.数据结构.队列; import java.util.Scanner; public class CircleArrayQueue02 { public static void main(String[] args) { //创建一个队列 CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4); char key; //接收用户输入 Scanner scanner = new Scanner(System.in); boolean loop = true; //输入一个菜单 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): 从队列取出数据"); System.out.println("h(head): 查看队列头的数据"); key = scanner.next().charAt(0); switch (key){ case 's': queue.showQueue(); break; case 'a': System.out.println("请输入一个数"); int value = scanner.nextInt(); queue.addQueue(value); break; case 'g': try { int res = queue.getQueue(); 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': scanner.close(); loop =false; break; default: System.out.println("您输入的指令无效！请重新输入："); break; } } System.out.println("程序退出啦！"); } } //使用模拟队列编写ArrayQueue类 class CircleArrayQueue{ private int maxSize; //表示数组的最大容量 //front 队列头 变量的含义做一个调整： front 就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素 //初始值为 0 private int front; //rear 队列尾 变量的含义做一个调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定. //的初始值 = 0 private int rear; 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 CircleArrayQueue(int arrMaxSize){ maxSize = arrMaxSize; 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; } //添加数据到队列 public void addQueue(int n){ //判断队列是否为满 if (isFull()){ System.out.println("队列满，不能加入数据！"); return; } // arr[rear % maxSize] = n; //一开始想出的这两行代码不可行，有bug，后期无法判断队列是否为空 // rear++; arr[rear] = n; rear = (rear + 1) % maxSize; } //获取队列数据，出队列 public int getQueue(){ //判断队列是否为空 if (isEmpty()) { //通过抛出异常 throw new RuntimeException("队列空，不能获取数据"); } // 这里需要分析出 front 是指向队列的第一个元素 // 1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量 // 2. 将 front 后移, 考虑取模 // 3. 将临时保存的变量返回 int value = arr[front]; front = (front + 1) % maxSize; return value; } //显示队列的所有数据 public void showQueue(){ //遍历 if (isEmpty()) { System.out.println("队列为空，没有数据"); return; } for (int i = front; i < front + getSize(); i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n" , i % maxSize ,arr[i % maxSize]); } } public int getSize(){ return (maxSize - front + rear) % maxSize; } //显示队列的头数据，注意不是取出数据 public int headQueue(){ //判断队列是否为空 if (isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列为空，没有数据"); } return arr[front]; } }

以上就是代码的运行过程！希望本文章对你有所帮助！