2.隊列

1.隊列介紹

1.隊列是一個有序列表，可以用數組或是鏈表來實現。
2.在隊尾插入元素，在隊首刪除元素。
3.遵循先入先出的原則。即：先存入隊列的數據，要先取出。後存入的要後取出

2.順序隊列

順序隊列的實現（java）：

// 使用數組模擬隊列-編寫一個 ArrayQueue 類
class ArrayQueue {
    private int maxSize; //  表示數組的最大容量
    private int front; //  隊列頭
    private int rear; // 隊列尾
    private int[] arr; //  該數據用於存放數據,  模擬隊列

    // 創建隊列的構造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) { 
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0; // 指向隊列頭部，front 指向的位置剛好是隊列第一個數據.
        rear = 0; // 指向隊列尾，指向隊列最後一個數據位置的下一位
    }

    // 判斷隊列是否滿
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize;
    }

    // 判斷隊列是否爲空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    // 添加數據到隊列
    public void addQueue(int n) {
        // 判斷隊列是否滿
        if (isFull()) {
            System.out.println("隊列滿，不能加入數據~"); return;
        }
        arr[rear] = n;
        rear++; // 讓 rear 後移
    }

    // 獲取隊列的數據, 出隊列
    public int getQueue() {
        // 判斷隊列是否空
        if (isEmpty()) {
        // 通過拋出異常
            throw new RuntimeException("隊列空，不能取數據");
        }
        int value =  arr[front];
        front++; // front 後移
        return value;
    }

    // 顯示隊列的所有數據
    public void showQueue() {
        // 遍歷
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("隊列空的，沒有數據~~"); return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }
    }

    // 顯示隊列的頭數據， 注意不是取出數據
    public int headQueue() {
        // 判斷
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("隊列空的，沒有數據~~");
        }
        return arr[front];
    }
}

3.環形隊列

前面的數組模擬的順序隊列存在一個問題是：將隊列中的元素出隊後，front指針已經後移，該空間空閒並不可複用了。

所以爲了充分利用數組，需要進行優化：將數組看做是一個環形的。通過取模的方式來實現越界數組下標的歸位。

當把數組看成一個環後，數組的最後一個元素的下一個地址應該看成是數組的第一個元素的地址（即環的入口點即爲環的出口點）。則當rear或front指向越界時，可以通過取模數組容量值來達到將指向定位到環入口點的目的。

環形隊列的實現（java）：

class CircleArray {
    private int maxSize; //  表示數組的最大容量
    // front 指向隊列的第一個元素,  也就是說 arr[front] 就是隊列的第一個元素
    //front 的初始值 = 0
    private int front;
    //rear 指向隊列的最後一個元素的後一個位置. 並希望空出一個空間做爲約定，用於隊滿判斷，故有效數據最大是 maxSize-1
    //rear 的 初 始 值 = 0
    private int rear; // 隊列尾
    private int[] arr; //  該數據用於存放數據,  模擬隊列

    public CircleArray(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    // 判斷隊列是否滿
    public boolean isFull() {
        // 之前空出的一個做爲約定的空間
        // 若判別條件爲：rear % maxSize == front，則rear和front初始均爲0直接滿足了隊滿條件，之前描述的預留的一個空間解決此問題
        return (rear+1) % maxSize == front;
    }

    // 判斷隊列是否爲空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    // 添加數據到隊列
    public void addQueue(int n) {
        // 判斷隊列是否滿
        if (isFull()) {
            System.out.println("隊列滿，不能加入數據~"); return;
        }
        //直接將數據加入arr[rear] = n;
        //將 rear 後移,  這裏必須考慮取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    // 獲取隊列的數據, 出隊列
    public int getQueue() {
        // 判斷隊列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 通過拋出異常
            throw new RuntimeException("隊列空，不能取數據");
        }
        // 這裏需要分析出 front 是指向隊列的第一個元素
        // 1.  先把 front  對應的值保留到一個臨時變量
        // 2.  將 front  後移,  考慮取模
        // 3. 將臨時保存的變量返回
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize; return value;
    }


    // 顯示隊列的所有數據
    public void showQueue() {
        // 遍歷
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("隊列空的，沒有數據~~"); return;
        }
        // 思路：從 front 開始遍歷，遍歷多少個元素
        // 動腦筋
        for (int i = front; i < front + size() ; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

    // 求出當前隊列有效數據的個數
    public int size() {
        // rear = 2
        // front = 1
        // maxSize = 3
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    // 顯示隊列的頭數據， 注意不是取出數據
    public int headQueue() {
        // 判斷
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("隊列空的，沒有數據~~");
        }
        return arr[front];
    }
}