Java之ArrayDeque

最新推荐文章于 2024-10-25 10:04:45 发布

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本文介绍了Java中的ArrayDeque数据结构，它基于数组实现，可用作队列和栈。文章详细讲解了ArrayDeque的底层数据结构，提供了方法思维导图，并重点解析了add、remove和size()这三个方法的源代码实现。

文章目录

一、底层数据结构

// 构造方法
public ArrayDeque() {
        elements = (E[]) new Object[16];
    }

该队列是基于数组实现的.

二、方法思维导图

在这里插入图片描述
从方法来看, ArrayDeque既可以用作队列(元素添加至尾部)、也可以作为栈(元素添加至头部).

三、部分方法的源代码

1. add

public boolean add(E e) {
        addLast(e);
        return true;
    }

public void addLast(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        elements[tail] = e;
        if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head) // 判断下一个索引是否超出数组范围
            doubleCapacity(); // 扩容
    }

为什么(tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head能够判断索引是否超出范围?

Firstly, 首先记住 $2^n$ & ( $2^n$ -1) == 0 . 比如4&3==0, 16&15==0.And 若转为二进制则分别为100&011、10000&01111

Secondly, 构造方法保证了无论如何内部数组的长度总是 $2^n$ , 且长度必定>=8

Lastly, 举个栗子. 例如, 长度为16的数组, 最后一个元素的索引为(length - 1)即tail=15, 套用上面的代码16 = (15 + 1) & 16 -1, 即16 & 15.Get it?

// 构造方法一
public ArrayDeque() {
       elements = (E[]) new Object[16]; // 长度为2^4
    }

// 其它构造方法调用
private void allocateElements(int numElements) {
        int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY; // 8
        // Find the best power of two to hold elements.
        // Tests "<=" because arrays aren't kept full.
        if (numElements >= initialCapacity) {  // 长度必定大于等于8
            initialCapacity = numElements;
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  1);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  2);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  4);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>>  8);
            initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);
            initialCapacity++;

            if (initialCapacity < 0)   // Too many elements, must back off   // Integer.MAX_VALUE + 1
                initialCapacity >>>= 1;// Good luck allocating 2 ^ 30 elements
        }
        elements = (E[]) new Object[initialCapacity];
    }

2. remove

虽然ArrayDeque与ArrayList都是基于数组实现的, 但是ArrayDeque并不提供根据索引访问数据, 也就是说不能像ArrayList一样根据索引访问数据例如：get(i), 因为ArrayDeque没有实现RandomAccess接口.

// 关键代码
public E pollFirst() {
        int h = head;
        E result = elements[h]; // Element is null if deque empty
        if (result == null)
            return null;
        elements[h] = null;     // Must null out slot
        head = (h + 1) & (elements.length - 1); //修改头部索引
        return result;
    }

它虽然基于数组实现, 却使用2个变量来记录队列的头部和尾部的索引, 头部索引并非一定为0.
private transient int head // 记录首个元素所在索引
private transient int tail //记录下一个元素添加时的索引

还有一点,分清数组长度(elements.length)与集合大小(size())的区别.

3. size()

public int size() {
   return (tail - head) & (elements.length - 1);
 }