2、队列-数组模拟队列

来源：https://www.bilibili.com/video/BV1B4411H76f?p=9

一、思路

 1、队列是一个有序的列表，它遵循先入先出的原则。为了用数组实现一个队列，首先创建一个代表队列的类，类中的属性包括队列的最大容量（maxSize），队列头指针（front,初始值-1），队列尾指针（rear,初始值-1），以及用来存放数据的数组(arr)；

2、当向队列中添加数据时，尾指针加一(rear++)，之后向数组中尾指针所在的下标加入一个数据；

3、当数据要出队列时，头指针加一(front++)，之后取出数组中头指针所在的下标对应的数据；

4、特别要注意的是，这里设置了队列的最大容量，因此只有队列不满时（rear<maxSize-1）才可以向队列添加数据，当队列非空时（rear!=front）数据才能出队列。

二、实现

1、创建一个代表队列的类，并将队列头指针和尾指针初始化为-1。此处默认要添加的数据为int类型

//创建一个代表队列的类
class ArrayQueue{
    private int maxSize;//队列的最大容量
    private int front;//队列头指针
    private int rear;//队列尾指针
    private int[] arr;//存放队列数据

    //构造器，将队列头指针和尾指针初始化为-1
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        this.front = -1;
        this.rear = -1;
        this.arr = new int[maxSize];
    }
}

2、在ArrayQueue类中增加一个向队列中添加数据的方法。由于只有队列不满时才可以添加，因此还要额外添加一个判断队列满的函数。

//判断队列满
public boolean isFull(){
    if(rear == maxSize - 1){
        return true;
    }
    return false;
}

//向队列中添加数据
public void addData(int data){
    if(this.isFull()){
        System.out.println("队列已满，不能继续添加数据");
    }else {
        rear++;
        arr[rear] = data;
    }
}

3、在ArrayQueue类中增加一个展示队列数据的方法，测试一下增加数据的功能。由于只有当队列不为空时才能对数据进行展示，因此需要再添加一个判断队列空的方法。

//判断队列空
public boolean isEmpty(){
    if(front == rear){
        return true;
    }
    return false;
}

//队列数据展示
public void showData(){
    if(this.isEmpty()){
        System.out.println("队列为空，不能展示数据");
    }else {
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d  ",i,arr[i]);
        }
    }
}

对增加数据的功能进行测试

    public static void main(String[] args) {
        int maxSize = 3;
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(maxSize);
        arrayQueue.showData();
        while (true){
            int value = sc.nextInt();
            arrayQueue.addData(value);
            arrayQueue.showData();
        }
    }

结果

队列为空，不能展示数据
1
arr[0]=1  arr[1]=0  arr[2]=0  
2
arr[0]=1  arr[1]=2  arr[2]=0  
3
arr[0]=1  arr[1]=2  arr[2]=3  
4
队列已满，不能继续添加数据
arr[0]=1  arr[1]=2  arr[2]=3 

4、 在ArrayQueue类中增加一个出队列功能。

    //出队列
    public int removeData(){
        if(this.isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法移除数据");
        }else {
           front++;
           return arr[front];
        }
    }

测试，在程序中手动添加了三个数据，依次移除。

public static void main(String[] args) {
        int maxSize = 3;
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(maxSize);
        arrayQueue.addData(1);
        arrayQueue.addData(2);
        arrayQueue.addData(3);

        int val = 0;

        val = arrayQueue.removeData();
        System.out.println("移除的值为："+val);
        arrayQueue.showData();

        System.out.println();

        val = arrayQueue.removeData();
        System.out.println("移除的值为："+val);
        arrayQueue.showData();

        System.out.println();

        val = arrayQueue.removeData();
        System.out.println("移除的值为："+val);
        arrayQueue.showData();

        System.out.println();

        val = arrayQueue.removeData();
        System.out.println("移除的值为："+val);
        arrayQueue.showData();

    }

结果

   移除的值为：1
    arr[0]=1  arr[1]=2  arr[2]=3  
    移除的值为：2
    arr[0]=1  arr[1]=2  arr[2]=3  
    移除的值为：3
    队列为空，不能展示数据
    
    Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException: 队列为空，无法移除数据
    at com.neuzhaoxin.queue.ArrayQueue.removeData(ArrayQueue.java:58)
    at com.neuzhaoxin.queue.ArrayQueueTest.main(ArrayQueueTest.java:45)

5、虽然数组内的数据未改变，但每次数据出队列后，队列头指针会变化，因此在队列中该数据已经不存在了，尝试输出该头指针。

    //输出头指针对应的内容
    public int headPoint(){
        if(this.isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，无法寻找头指针");
        }else {
            return arr[front + 1];
        }
    }

结果

    移除的值为：1
    头指针对应的值为：2
    arr[0]=1  arr[1]=2  arr[2]=3  
    移除的值为：2
    头指针对应的值为：3
    arr[0]=1  arr[1]=2  arr[2]=3  
    移除的值为：3
    Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException: 队列为空，无法寻找头指针
    at com.neuzhaoxin.queue.ArrayQueue.headPoint(ArrayQueue.java:68)
    at com.neuzhaoxin.queue.ArrayQueueTest.main(ArrayQueueTest.java:43)

三、问题

这个队列只能用一次，除非程序重新启动，因为队列大小有限制且头指针在删除数据后向后移动，就再也无法回来了。想要解决，可以把这个队列更新成一个环形队列。