java數(shù)據(jù)結構循環(huán)隊列的空滿判斷及長度計算
在上一章中,使用了數(shù)組模擬了隊列。但是留下的問題是,把數(shù)據(jù)取完后,再往里加數(shù)據(jù)就不行了。
一、假溢出
這是因為數(shù)組的末尾已經(jīng)被占用了,入隊會繼續(xù)在數(shù)組后面增加,于是產(chǎn)生數(shù)組越界。但是實際上,數(shù)組里是有空閑位置的,這種也可以叫“假溢出”。
為了解決“假溢出”的問題,于是乎有了循環(huán)隊列。
既然數(shù)組后面滿了,頭部有空,那繼續(xù)加進來的元素從頭開始放即可。
接著上圖,這時候有a6入隊,于是rear的下標指向a6的下一個元素位置,看起來沒什么問題。
但是繼續(xù)有新的元素a7入隊的時候,因為front一直沒變,這時候rear指針跟front就重合了,也就是說此時front=rear
。
可是在上一章的代碼里,我們是用front=rear
來判斷是否為空數(shù)組的。
// 判斷隊列是否為空 public boolean isEmpty() { return rear == front; }
現(xiàn)在是相等了,條件滿足,但是數(shù)組是滿的。
二、循環(huán)隊列判斷是空是滿
這種情況看起來確實比較辣手,那如果不讓這種情況出現(xiàn)不就可以了么?
假設,我們讓數(shù)組始終保留一個元素空間,也就是讓rear指向隊列中最后一個元素的后一個位置。比如,當a6放入之后,此時就當做隊列已經(jīng)滿了,這樣的話就不會出現(xiàn)上述的情況了。
為了實現(xiàn)這種思路,front也需要做調整。在上一章中,front初始位置是指在了隊頭元素的前一個,現(xiàn)在我們讓它就指在第一個元素。
隊列的最大尺寸還是maxSize,那么,現(xiàn)在判斷隊列滿的條件就可以是這樣:
(rear+1)%maxSize = front
驗證一下,下面的2種隊列滿情況:
左圖:隊列中,maxSize=5,front=0,rear=4,判斷(4+1)% 5=0=front,隊列已滿
右圖:隊列中,maxSize=5,front=2,rear=1,判斷(1+1)% 5=2=front,隊列已滿
繼續(xù)驗證一下,隊列沒滿的情況:
隊列中,maxSize=5,front=2,rear=0,判斷(0+1)% 5=1≠front,隊列未滿
三、循環(huán)隊列的長度計算
隊列的長度,也就是說隊列中實際存了多少個元素。
此時需要考慮rear與front之間的三種情況:
- rear=front
- rear>front
- rear<front
第一種自然都清楚,隊列為空。
第二種,rear>front,此時隊列的長度為:rear-front
第三種,rear<front,比較復雜些。隊列長度分為2段:一段是maxSize-front,另一段則是:0+rear(結合右圖理解)。故此時隊列總長度為兩段相加:rear-front+maxSize
所以隊列長度的通用計算公式為:
(rear-front+maxSize)% maxSize
四、代碼實現(xiàn)
既然現(xiàn)在隊列是滿是空的判斷條件有了,隊列長度也能計算出來了,那么代碼就好改造了(基于上一章),變成循環(huán)隊列。
package circle; import java.util.Scanner; public class CircleArrayQueue { public static void main(String[] args) { System.out.println("-----測試循環(huán)隊列-----"); // 創(chuàng)建一個隊列 CircleArray circleArray = new CircleArray(4); char key = ' '; //接受用戶輸入 Scanner scanner = new Scanner(System.in); boolean loop = true; // 輸出一個菜單 while (loop) { System.out.println("s(show): 顯示隊列"); System.out.println("e(exit): 退出程序"); System.out.println("a(add): 添加數(shù)據(jù)到隊列"); System.out.println("g(get): 從隊列取出數(shù)據(jù)"); System.out.println("h(head): 顯示隊首的數(shù)據(jù)"); key = scanner.next().charAt(0); // 接收一個字符 switch (key) { case 's': circleArray.showQueue(); break; case 'a': System.out.println("請要添加的數(shù)"); int value = scanner.nextInt(); circleArray.addQueue(value); break; case 'g': try { int res = circleArray.getQueue(); System.out.printf("取出的數(shù)據(jù)是:%d", res); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'h': try { int headValue = circleArray.showHeadQueue(); System.out.printf("隊首數(shù)據(jù)是:%d", headValue); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'e': scanner.close(); loop = false; break; } } System.out.println("退出程序"); } } class CircleArray { //表示數(shù)組最大容量 private int maxSize; // 隊列頭,由之前調整為指向隊列第一個元素 private int front; // 隊列尾,由之前調整為指向隊列最后一個元素的后一個位置,為了空出一個元素位置 private int rear; // 用于存放數(shù)據(jù)的數(shù)組 private int[] arr; // 構造器 public CircleArray(int arrMaxSize) { maxSize = arrMaxSize; arr = new int[maxSize]; front = 0; rear = 0; } // 判斷隊列是否已經(jīng)存滿 public boolean isFull() { return (rear + 1) % maxSize == front; } // 判斷隊列是否為空 public boolean isEmpty() { return rear == front; } // 添加數(shù)據(jù)到隊列 public void addQueue(int num) { // 判斷隊列是否滿了 if (isFull()) { System.out.println("隊列已滿,不可加入數(shù)據(jù)"); return; } arr[rear] = num; // 將rear后移,要考慮取模 rear = (rear + 1) % maxSize; } // 拿出隊列數(shù)據(jù) public int getQueue() { // 判斷隊列是否空 if (isEmpty()) { // 拋出異常 throw new RuntimeException("隊列為空,不可取數(shù)據(jù)"); } int tempValue = arr[front]; front = (front + 1) % maxSize; //也要考慮取模,防止front不停的增加,導致越界 return tempValue; } // 顯示隊列所有數(shù)據(jù) public void showQueue() { // 遍歷 if (isEmpty()) { System.out.println("隊列為空"); return; } // 從front開始遍歷,遍歷多少個實際存的元素即可 for (int i = front; i < front + CircleQueueSize(); i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]); } } // 求出當前隊列有效數(shù)據(jù)的個數(shù) public int CircleQueueSize() { return (rear - front + maxSize) % maxSize; } // 顯示隊里的隊首數(shù)據(jù) public int showHeadQueue() { if (isEmpty()) { // 拋出異常 throw new RuntimeException("隊列為空,不可取數(shù)據(jù)"); } return arr[front]; } }
重點的改動在于取模。
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