隊列的介紹

隊列以一種先入先出(FIFO)的線性表，還有一種先入后出的線性表(FILO)叫做棧。

教科書上有明確的定義與描述。類似于現實中排隊時的隊列(隊尾進，隊頭出)，隊列只在線性表兩端進行操作，插入元素的一端稱為表尾，刪除(取出)元素的一端稱為表頭。分別對應于 入隊和出隊操作。

存儲結構：

· 線性存儲結構，稱為順序隊列，使用數組實現

· 鏈式存儲結構，稱為鏈隊，使用鏈表實現。

圖解入隊操作

圖解出隊操作

隊列的使用場景

數組模擬順序隊列

代碼實現：

/** * All rights Reserved, Designed By https://www.tulingxueyuan.com/ * @Title: ArrayQueue.java * @Package com.tuling.queue2 * @Description: * @author: 小白 * @Date 2019年11月11日 下午5:54:51 * @version V1.0 * @Copyright: */ package com.tuling.queue2;/** * @ClassName ArrayQueue * @Description * @Author 北京圖靈學院 * @Date 2019年11月11日 下午5:54:51 */public class ArrayQueue {//定義一個數組，用來模擬隊列，存儲數據private Integer[] arr;//定義一個變量，用來指向隊列頭private int front;//定義一個變量，用來指向隊列尾private int rear;/** * * @Title: ArrayQueue * @Description: 構造方法 * @param queueSize：隊列初始化容量。 * @throws */public ArrayQueue(int queueSize) {if(queueSize < 0) {throw new IllegalArgumentException("初始化容量不能小于0");}arr = new Integer[queueSize];front = 0;rear = 0;}/** * * @Title: addQueue * @Description: 入隊操作： * 1、首先判斷隊列容量情況 * 2、如果隊列未滿，隊列頭不變，向隊列尾下標位置插入數據，同時，隊列尾+1 * @param: @param num * @return: void * @throws */public void addQueue(int num) {if(isFull()) {throw new IllegalArgumentException("隊列已滿！");}arr[rear] = num;rear++;}/** * * @Title: isFull * @Description: 判斷隊列是否已滿 * @return: boolean * @throws */public boolean isFull() {return rear == arr.length;}/** * * @Title: getQueue * @Description: 出隊操作 * 1、先判讀當前隊列是否為空 * 2、每次從隊列頭開始出隊，出隊一個元素，隊列頭+1 * @param: * @return: int * @throws */public int getQueue() {if(isEmpty()) {throw new IllegalArgumentException("隊列為空！");}return arr[front++];}/** * * @Title: isEmpty * @Description: 判斷當前隊列是否為空 * @return: boolean * @throws */public boolean isEmpty() {return front == rear;}/** * * @Title: showQueue * @Description:顯示隊列的所有數據 * @param: * @return: void * @throws */public void showQueue() {if(isEmpty()) {throw new IllegalArgumentException("隊列為空！");}for (int i = front; i < rear; i++) {System.out.println(i + " --> " + arr[i]);}}}/** * All rights Reserved, Designed By https://www.tulingxueyuan.com/ * @Title: ArrayQueueDemo.java * @Package com.tuling.queue2 * @Description: * @author: 小白 * @Date 2019年11月11日 下午6:22:00 * @version V1.0 * @Copyright: */ package com.tuling.queue2;/** * @ClassName ArrayQueueDemo * @Description * @Author 北京圖靈學院 * @Date 2019年11月11日 下午6:22:00 */public class ArrayQueueDemo {/** * @Title: main * @Description: * @param: @param args * @return: void * @throws */public static void main(String[] args) {ArrayQueue aq = new ArrayQueue(5);aq.addQueue(5);aq.addQueue(8);aq.addQueue(7);aq.showQueue();System.out.println("------------------------------------");aq.addQueue(2);aq.addQueue(9);//aq.addQueue(9);aq.showQueue();System.out.println("------------------------------------");System.out.println("出隊");aq.getQueue();aq.showQueue();System.out.println("------------------------------------");System.out.println("出隊");aq.getQueue();aq.showQueue();System.out.println("------------------------------------");System.out.println("出隊");aq.getQueue();aq.showQueue();System.out.println("------------------------------------");System.out.println("出隊");aq.getQueue();aq.showQueue();System.out.println("------------------------------------");System.out.println("出隊");aq.getQueue();aq.showQueue();}}

順序隊列的溢出現象

· "下溢"現象：當隊列為空時，做出隊運算產生的溢出現象。"下溢"是正常現象，常用作程序控制轉移的條件。

· "真上溢"現象：當隊列滿時，做進棧運算產生空間溢出的現象。"真上溢"是一種出錯狀態，應設法避免。

· "假上溢"現象：由于入隊和出隊操作中，頭尾指針只增加不減小，致使被刪元素的空間永遠無法重新利用。當隊列中實際的元素個數遠 遠小于向量空間的規模時，也可能由于尾指針已超越向量空間的上界而不能做入隊操作。該現象稱為"假上溢"現象。

數組模擬環形隊列

為了解決順序隊列中"假上溢"的現象，同時更好的利用內存空間，我們將其實現為環形隊列。

理解環形隊列

首先我們要說明的是循環隊列仍然是基于數組實現的。但是為了形象化的說明問題，我們如下圖所示

1． 圖中有兩個指針(其實就是兩個整數型變量，因為在這里有指示作用，所以這里理解為指針)front、rear,一個指示隊頭，一個指示隊尾。

2． rear和front互相追趕著，這個追趕過程就是隊列添加和刪除的過程，如果rear追到head說明隊列滿了，如果front追到rear說明隊列為空。

3． 我們把它掰彎，用的是求余，這樣兩個值就不會跑出最大范圍，并且可以實現彎曲的效果，所以說對于循環隊列我們必須給定最大值。這其實是我們臆想的，我們要做的就是利用循環來解決空間浪費的問題。

環形隊列的實現過程

· 當添加一個元素時,(rear+1)%MAXQSIZE; //理解為什么求余？

· 當刪除一個元素時,(front+1)%MAXQSIZE；//理解為什么求余？

· 當rear=front的時候，隊列可能是滿，也可能是空。

· 因為存在滿和空兩種情況，我們需要分別判斷：

· 滿：當隊列添加元素到rear的下一個元素是head的時候，也就是轉圈子要碰頭了，我們就認為隊列滿了。(rear+1)%MAXSIZE=Q.front

· 空：當隊列刪除元素到head=rear的時候，我們認為隊列空了。rear==front,不一定為0

環形隊列代碼實現

CircularQueue.java 類代碼如下：

/** * All rights Reserved, Designed By https://www.tulingxueyuan.com/ * @Title: CircularQueue.java * @Package com.tuling.circular * @Description: * @author: 北京圖靈學院 * @date: 2019年11月13日 下午5:13:16 * @version V1.0 * @Copyright: */package com.tuling.circular;/** * @ClassName CircularQueue * @Description * @Author 北京圖靈學院 */public class CircularQueue {//該數組模擬環形隊列，存儲數據private Integer[] arr;//該變量指向隊頭private int front;//該變量指向隊尾private int rear;//該變量表示當前隊列的最大容量private int maxSize;//該變量表示當前隊列有效數據的個數private int elementCount;/** * * @param queueSize:隊列的初始容量 */public CircularQueue(int queueSize) {if(queueSize < 0) {throw new IllegalArgumentException("初始化容量不能小于0！");}arr = new Integer[queueSize];maxSize = queueSize;front = 0;rear = 0;elementCount=0;}/** * * @Title: addQueue * @Description:入隊操作 * 思路： * 1、判斷隊列是否已滿 * 2、向隊尾插入數據 * 3、將有效數據的個數 + 1 * @param: num * @return: void * @throws */public void addQueue(int num) {if(isFull()) {throw new IllegalArgumentException("隊列已滿！");}//隊列未滿，可以繼續入隊操作//想隊尾插入數據arr[rear] = num;//移動尾指針rear = (rear + 1) % maxSize;elementCount+=1;}/** * * @Title: isFull * @Description:判斷當前隊列是否已滿 * 判滿條件： * 1、空出一個元素位置，區別隊列判空的條件 * 2、保證隊尾指針的范圍在數組下標范圍內，解決方案：對Maxsize取余 * (rear + 1) % maxSize == front * @param: * @return: boolean * @throws */public boolean isFull() {return (rear + 1) % maxSize == front;}/** * * @Title: showQueue * @Description:顯示隊列當中的所有數據 * @param: * @return: void * @throws */public void showQueue() {if(isEmpty()) {throw new IllegalArgumentException("隊列為空！");}for(int i = front; i < (front+elementCount);i++) {System.out.println((i%maxSize) + " --> " + arr[i%maxSize]);}}/** * * @Title: isEmpty * @Description:判斷當前隊列是否為空 * @param: * @return: boolean * @throws */public boolean isEmpty() {return front == rear;}/** * * @Title: getQueue * @Description: 出隊操作 * 思路：出隊需要操作隊頭后移，還需要注意隊頭的值范圍。 * 1、先用一個臨時變量存儲當前隊頭 * 2、將隊頭后移 * front = (front + 1) % maxSize * 3、將有效數據個數 -1 * 4、return * @param: * @return: int * @throws */public int getQueue() {if(isEmpty()) {throw new IllegalArgumentException("隊列為空！");}int tempHead = arr[front];front = (front + 1) % maxSize;elementCount-=1;return tempHead;}/** * * @Title: showHead * @Description:顯示當前隊列頭，不進行出隊操作 * @param: * @return: void * @throws */public void showHead() {if(isEmpty()) {throw new IllegalArgumentException("隊列為空！");}System.out.println("當前隊列的隊列頭為：" + front + " --> " + arr[front]);}}

測試代碼：

/** * All rights Reserved, Designed By https://www.tulingxueyuan.com/ * @Title: CircularQueueDemo.java * @Package com.tuling.circular * @Description: * @author: 北京圖靈學院 * @date: 2019年11月13日 下午5:30:43 * @version V1.0 * @Copyright: */package com.tuling.circular;/** * @ClassName CircularQueueDemo * @Description * @Author 北京圖靈學院 */public class CircularQueueDemo {/** * @Title: main * @Description: * @param: @param args * @return: void * @throws */public static void main(String[] args) {CircularQueue cq = new CircularQueue(5);System.out.println("--------------------------1.入隊操作-----------------------------");cq.addQueue(5);cq.addQueue(8);cq.addQueue(7);cq.addQueue(2);//cq.addQueue(9);cq.showQueue();System.out.println("--------------------------2.入隊操作-----------------------------");System.out.println("出隊：" + cq.getQueue());cq.showHead();System.out.println("出隊：" + cq.getQueue());cq.showHead();System.out.println("出隊：" + cq.getQueue());cq.showHead();System.out.println("出隊：" + cq.getQueue());System.out.println("--------------------------3.入隊操作-----------------------------");cq.addQueue(5);cq.addQueue(8);cq.addQueue(7);cq.addQueue(2);cq.showQueue();}}

總結

以上是生活随笔為你收集整理的单片机实现环形队列_稀疏数组和队列（二）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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