数组模拟环形队列

程序优化思路

（1）front 变量的含义进行一个调整：让 front 指向队列的第一个元素，也就是说 arr[front] 为队列的第一个元素，front 的初始值为0。

（2）rear 变量的含义做一个调整：让 rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为要空出一个空间来做约定，rear 的初始值为0.

（3）当队列为满时，条件为(rear + 1) % maxSize == front

        例如当 rear = 2 ，front = 0 时，maxSize - 1 = 2，maxSize = 3（因为下标从零开始），所以(2 + 1) % 3 == 0，所以队列已满。

（4）当队列为空时，条件为 rear == front

（5）分析完成后，该队列中有效数据的个数是 (rear + maxSize - front) % maxSize

        例如当 rear = 2，front =0，maxSize = 3时，(2 + 3 - 0) % 3 等于 2 ，说明该队列中有效数据的个数为两个。

（6）修改之前的队列，得到一个新的环形队列

使用数组模拟环形队列—编写一个CircleArrayQueue类

class CircleArrayQueue {
    private int maxSize;//队列的长度，也就是最多能存储多少个数据
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//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];
        /*
            front 变量的含义进行一个调整：让 front 指向队列的第一个元素，
        也就是说 arr[front] 为队列的第一个元素，front 的初始值为0。
            rear 变量的含义做一个调整：让 rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置，
        因为要空出一个空间来做约定，rear 的初始值为0.
         */
        //因为front 和 rear 默认为零，所以不用进行赋值
    }
 
    //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("队伍已满，无法加入队列");
            return;
        }
        arr[rear] = n;//添加数据到数组中
        //将 rear 后移一位，这里必须要考虑取模，因为rear很有可能会产生越界
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }
 
    //获取队列的数据，出队列
    public int getQueue() {
        //判断队列是否为空
        if(isEmpty()) {
            //如果为空就抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不可以读取数据");
            //return //不需要进行返回，因为抛出异常就已经等于进行了返回
        }
        /*
        这里需要分析出 front 是指向队列的第一个元素
        1.先把 front 对应的值保存到一个临时变量中
        (如果不把值保存到临时变量中，那么 front 就没有往后移的机会了)
        2.将 front 后移，并且考虑取模，因为front也有可能会产生越界
        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
    public void showQueue() {
        //先判断是否为空，为空就停止
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，无法输出");
            return;
        }
        //若队列不为空则遍历数组输出
        //思考，从front开始遍历，遍历了多少个元素
        for (int i = front; i < front + number(); i++) {
            System.out.print(arr[i % maxSize] + "  ");
            //因为 i 在运行时可能会超过数组的大小，所以要进行模除
        }
    }
 
    //求出当前队列有效数据的个数
    public int number() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }
 
    //显示队列的头数据，注意不是读取数据
    public int headQueue() {
        //判断是否为空
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空，无法输出");
        }
        return arr[front];
        //front 不需要 +1 是因为 front 本身就指向队列的第一个元素
    }
}

编写CircleArrayQueueDemo类进行调用方法演示

import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建环形队列进行测试
        CircleArrayQueue circleArrayQueue = new CircleArrayQueue(5);
        //因为要空出一个空间来做约定，所以队列长度为5，但最多只能存入4个元素
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while(loop) {
            System.out.println("s(show):显示队列");
            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");
            System.out.println("e(exit):退出程序");
            System.out.println("=====请输入要求=====");
            char key = scanner.next().charAt(0);//接收用户输入的一个字符
            switch(key) {
                case 's'://显示队列
                    circleArrayQueue.showQueue();
                    System.out.println();
                    break;
                case 'a'://添加数据到队列
                    System.out.println("请输入一个整数:");
                    int value = scanner.nextInt();
                    circleArrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g'://取出数据
                    //取出数据时可能会遇到异常，因为有可能没有数据可以取出
                    //所以要使用异常处理机制try catch
                    try {
                        int res = circleArrayQueue.getQueue();
                        //如果getQueue()没有抛出异常，就会取出数据
                        System.out.println("取出的数据是：" + res);
                    } catch (Exception e) {
                        //如果getQueue()抛出异常，就会被catch抓住
                        //所以会在catch中输出异常信息
                        // TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h'://查看队列头的数据
                    try {
                        int res = circleArrayQueue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据是：" + res);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出程序
                    scanner.close();//退出前先把scanner关闭，如不关闭可能会有异常
                    loop = false;//如果退出程序那么loop就为false，while循环就不会通过
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序已退出");
    }
}