队列及循环队列为什么用空一个元素的位置

队列，循环队列为什么用空一个元素的位置

本篇笔记是我在B站上跟着尚硅谷教程进行学习，记录的学习笔记，在学习中产生了疑问，并通过查找资料解决了相关问题。

队列介绍

1）队列是一个有序列表，可以用数组或是链表表示。

2）遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出。

front及rear分别记录队列前后端的下标，front随着数据的输出而改变，而rear则是随着数据输入而改变。

代码实现

import java.util.Scanner;public class ArrayQueueDemo {public static void main(String[] args) {//创建一个队列ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);char key = ' ';//接受用户输入Scanner scanner = new Scanner(System.in);boolean loop = true;//输出一个菜单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':arrayQueue.showQueue();break;case 'a':System.out.println("请输入一个数字：");int value = scanner.nextInt();arrayQueue.addQueue(value);break;case 'g':try {int res = arrayQueue.getQueue();System.out.println("取出数据："+res);}catch (Exception e){System.out.println(e.getMessage());}break;case 'h':try {int res = arrayQueue.headQueue();System.out.println("队列头数据："+res);}catch (Exception e){System.out.println(e.getMessage());}break;case 'e':scanner.close();loop = false;break;default:break;}}System.out.println("程序退出");}
}class ArrayQueue{private int maxSize;private int front;private int rear;private int[] arr;//模拟队列，该数组用于存放数据//创建队列的构造器public ArrayQueue(int arrMaxSize){maxSize = arrMaxSize;arr = new int[maxSize];front = -1;//指向队列头部（第一个数据的前面）rear = -1;//指向队列尾部（最后一个数据）}//判断队列是否满public boolean isFull(){return rear == maxSize-1;}//判断队列是够为空public boolean isEmpty(){return front==rear;}//添加数据到队列public void addQueue(int n){if(isFull()){System.out.println("队列已满，不可加入数据");return;}rear++;arr[rear] = n;}//从队列中取出数据public int getQueue(){if(isEmpty()){throw new RuntimeException("队列为空，不可取出数据");}front++;return arr[front];}//显示队列的中的所有数据public void showQueue(){if(isEmpty()){System.out.println("队列为空");return;}for (int i = 0; i <arr.length ; i++) {System.out.print(i+":"+ arr[i]+"\n");}}//显示队列的头数据，不是取出数据public  int headQueue(){if(isEmpty()){System.out.println("队列为空");throw new RuntimeException("队列为空");}return arr[front+1];}
}

问题分析并优化：

目前数组使用了一次就不能用了，没有达到复用的效果
我们要使用算法，将目前的数组改成一个环形的队列取模%

数组环形队列思路：

1、front变量的含义做一个调整：front就指向队列的第一个元素，就是是说arr[front]就是队列的第一个元素，front初始值为0；

2、rear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，rear的初始值为0；

3、队列满的条件：(rear+1)%maxSize ==front

4、队列空的条件是：rear == front

5、此时队列的有效长度是： (rear+maxSize-front)%maxSize

遇到的问题（循环队列空一个元素的位置）

在得到队列满的条件：(rear+1)%maxSize ==front时，我充满了疑惑，怎么算都觉得在rear已经表示最后元素的后一位了，这种情况下加一肯定是不对的，后来我查了一些资料。

那么，循环队列为什么用空一个元素的位置呢？？？

这个是根据需要来用的
循环队列中，由于入队时尾指du针向前追赶头指针；zhi出队时头指针向前追赶尾指针，造成dao队空和队满时头尾指针均相等。因此，无法通过条件front==rear来判别队列是"空"还是"满"。
解决这个问题的方法至少有三种：
①另设一布尔变量以区别队列的空和满；
②少用一个元素的空间。约定入队前，测试尾指针在循环意义下加1后是否等于头指针，若相等则认为队满（注意：rear所指的单元始终为空）；
③使用一个计数器记录队列中元素的总数（即队列长度）。

代码实现（循环队列）

import java.util.Scanner;public class CicleArrayQueueDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("测试数组模拟环形数据");CircleArray queue = new CircleArray(4);//空出一个位置，其队列有效数据为3；char key = ' ';Scanner scanner = new Scanner(System.in);boolean loop = true;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("请输入一个数字：");int value = scanner.nextInt();queue.addQueue(value);break;case 'g':try {int res = queue.getQueue();System.out.println("取出数据："+res);}catch (Exception e){System.out.println(e.getMessage());}break;case 'h':try {int res = queue.headQueue();System.out.println("队列头数据："+res);}catch (Exception e){System.out.println(e.getMessage());}break;case 'e':scanner.close();loop = false;break;default:break;}}System.out.println("程序退出");}static class CircleArray{private int maxSize;private int front;//front就指向队列的第一个元素，就是是说arr[front]就是队列的第一个元素，front初始值为0；private int rear;//rear指向队列的最后一个元素的后一个位置，rear的初始值为0；private int[] arr;//模拟队列，该数组用于存放数据public CircleArray(int arrMaxSize){maxSize = arrMaxSize;arr = new int[maxSize];}//判断队列是否满public boolean isFull(){return (rear + 1)%maxSize ==front;}//判断队列是够为空public boolean isEmpty(){return front==rear;}//添加数据到队列public void addQueue(int n){if(isFull()){System.out.println("队列已满，不可加入数据");return;}arr[rear] = n;rear = (rear+1)%maxSize;}//从队列中取出数据public int getQueue(){if(isEmpty()){throw new RuntimeException("队列为空，不可取出数据");}int value = arr[front];front = (front+1) % maxSize;return value;}//求出当前队列的个数public int arrCount(){return (rear+maxSize-front)%maxSize;}//显示队列的中的所有数据public void showQueue(){if(isEmpty()){System.out.println("队列为空");return;}for (int i = front; i <front+arrCount(); i++) {System.out.print((i%maxSize)+":"+ arr[i%maxSize]+"\n");}}//显示队列的头数据，不是取出数据public  int headQueue(){if(isEmpty()){System.out.println("队列为空");throw new RuntimeException("队列为空");}return arr[front];}}
}

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