陣列實現迴圈佇列

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前言

程式實現是Java語言。本文僅個人理解，僅供參考。若有不正之處，歡迎評論指出！

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一、佇列

佇列是個什麼呢？佇列是一種資料的儲存結構，具有先入先出，後入後出的特點。
舉幾個例子（雖然可能有點····）：第一個就是我們人的吃與拉！這就是一個典型的佇列，今天吃的與明天吃的相比較，今天的消化之後的**肯定比明天先排出！！！
還有就是銀行醫院等的排號辦理業務，排在前面的先辦理，辦理完畢走人，然後才輪到後面的人辦理.

圖大概就如下（取元素先取隊頭方向的，新增元素從隊尾方向加入）：

二、迴圈佇列

1.概念：

當出隊一個元素頭指標向後移動一位，入隊一個元素尾指標就同樣向後移動一位。這裡的後可以理解成：順時針方向。
如圖：成環狀的佇列，就是迴圈佇列，一般約定隊尾指向的位置為空，不存資料，至於那些前輩大佬們為什麼這麼約定，下面再說說我的理解。出隊的元素總是靠近對頭方向的，入隊元素總是從靠近隊尾方向入的。

2.具有的一些特點，以及對這些特點的看法理解

初始化：front = rear = 0；

佇列空：根據初始化的狀態就是佇列空的狀態，所以就得出：front = rear的時候就是佇列空的時候。

佇列滿：（rear + 1）% maxsize = front這相當於就是判斷佇列是否為空的公式吧，為什麼呢？maxsize代表的是陣列的長度，rear與front按照陣列的下標來看，我們的約定是rear指向的地方不存值，那麼根據約定來，“存滿”就是rear加上一個1 的後等於front，這個沒毛病。

那麼問題來了，為啥留空呢？還要加1，浪費空間又麻煩？不是的，根據佇列空的狀態來看，假如沒有這個約定，那麼佇列滿的狀態（先拋開maxsize不管）也是front = rear！是不是衝突了？所以還是有作用的。

那麼對那個maxsize取餘的目的是啥？因為它是一個環狀的，定長的，所以就是為了避免加1後越出陣列的下標邊界，所以才對陣列長度進行取餘，避免了這個錯誤，也不改變結果。

判斷佇列中現存的有效的元素個數：(rear - front +maxsize) % maxSize，有些地方寫成了：(rear +maxsize - front) % maxsize，但是為了方便講解我的理解（為啥這樣寫）就看我的那個吧。

首先，我們單從maxsize來看，把rear-front看成一個正數（其實結果按理本來也就應該是一個正數，因為陣列沒有負數下標），我們對於：一個正數加上某個正數以後，再對和 – 取餘 --加上的這個數，其結果與不加是一樣的，然而當這個數是負數的時候，其結果恰好是為正數時的相反數，理解起來沒任何毛病對吧？其實隨便自己舉兩個例子就知道了。再來一句！個數不可能為負數！這樣就懂了吧？看似“多此一舉”其實不然，是為了避免出現負數個數的情況，

最後！上程式碼！（示例）：

import java.util.Scanner;

/**
 * @program: 環形佇列
 * @description: 環形佇列實驗
 * @author: Mr.XiaoShi
 * @create: 2020-12-24 21:01
 **/

public class CircularQueue {
    public static void main(String[] args) {
        CircularQueue cs = new CircularQueue(8);
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.println("0、插入\t1、取出\t2、檢視隊頭\t3、遍歷佇列\t4、有效個數\t5、退出");
            /*手動捕獲自己丟擲的異常*/
            try {
                switch (sc.next()){
                    case "0":System.out.print("請輸入一個整數：");break;
                    case "1":System.out.println("對頭元素："+cs.dequeue()+"已取出！");break;
                    case "2":System.out.println("對頭元素為："+cs.getQueueHead());break;
                    case "3":System.out.println("當前佇列元素：\n");cs.queueShow();break;
                    case "4":System.out.println("佇列有效元素個數為："+cs.getEffectiveNumber());break;
                    case "5":System.out.println("退出程式！");return;
                }
            }catch (Exception e){
                System.out.println(e.getMessage());    //輸出異常，提示！
            }
        }
    }
    private int maxSize;   //最大容量
    private int rear;      //尾指標
    private int front;     //頭指標
    private int [] queue;  //佇列
    /*構造器：根據傳入長度建立陣列*/
    public CircularQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        queue = new int[maxSize];
    }
    /*隊空*/
    public boolean queueEmpty(){
        return rear == front;
    }
    /*隊滿*/
    public boolean queueFull(){
        return (rear +1 ) % maxSize == front;
    }
    /*檢視有效元素個數*/
    public int getEffectiveNumber(){
        return (rear - front +maxSize) % maxSize;
    }

    /**
    *@Description: 檢視對頭元素，但不取出
    *@Param:
    *@return: front指向的（int）元素
    *@Author: your name
    *@date: 2020/12/24 0024
    **/
    public int getQueueHead(){
        if (queueEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列空");   //手動丟擲異常，既能結束方法，又能提示出錯誤資訊
        }
        else
            return queue[front];
    }
    /**
    *@Description: 完成入隊操作
    *@Param: element：元素的意思，插入的元素
    *@return: void
    *@Author: your name
    *@date: 2020/12/24 0024
    **/
    public void enqueue(int element){
        if (queueFull()){
            throw new RuntimeException("佇列滿，插入失敗！");  //丟擲異常
        }
        queue[rear++] = element;
        rear %= maxSize;
    }
    /**
    *@Description: 完成出隊操作
    *@Param:
    *@return: int型別的當前對頭指向元素
    *@Author: your name
    *@date: 2020/12/24 0024
    **/
    public int dequeue(){
        if (queueEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列空");
        }
        int tmp = queue[front++];
        front %= maxSize;
        return tmp;
    }
    /**
    *@Description: 遍歷佇列元素，但不取出
    *@Author: your name
    *@date: 2020/12/24 0024
    **/
    public void queueShow(){
        if (queueEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列空");
        }
        for (int i = front; i < front + getEffectiveNumber(); i++) {
            System.out.println("queue["+i % maxSize+"] = "+queue[i % maxSize]);
        }
    }
}

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