对于java语言来说,如果需要实现栈队列的数据结构,我们已经不需要自己手动实现了,java内部已经帮我们实现好了栈和队列,而且在其基础上又有了优化
当需要使用栈时,Java已不推荐使用Stack,而是推荐使用更高效的ArrayDeque;既然Queue只是一个接口,当需要使用队列时也就首选ArrayDeque了(次选是LinkedList)
队列(先进先出)
对于栈来说,java内部封装Stack方法,但是没有封装Queue的方法。只有实现了接口
Queue接口
Queue接口继承自Collection接口,除了最基本的Collection的方法之外,它还支持额外的insertion, extraction和inspection操作。这里有两组格式,共6个方法,一组是抛出异常的实现;另外一组是返回值的实现(没有则返回null)。
Deque—-继承Queue的接口
双向队列,也就是既可以实现队首插入、删除、查看。也可以实现队尾插入、删除、查看的操作。通过这些操作能够更加高效的实现我们所需的操作
由于Deque是双向的,所以可以对队列的头和尾都进行操作,它同时也支持两组格式,一组是抛出异常的实现;另外一组是返回值的实现(没有则返回null)。
因为双向队列的缘故,我们既可以将其当作队列,也可以将当作栈 。
如果将Deque当作队列和 Queue一样使用。那么对应Queue的方法就是这些
对应Queue中的方法
栈(先进后出)
如果将Deque当作栈来使用,那么就是先进后出的一种结果。因此我们对应的方法就是下面这些
Deque的实现类
ArrayDeque和LinkedList是Deque的两个通用实现,由于官方更推荐使用AarryDeque用作栈和队列,所以说,我们这里就着重了解ArrayDeque的实现
ArrayDeque
ArrayDeque底层通过数组实现,为了满足可以同时在数组两端插入或删除元素的需求,该数组还必须是循环的,即**循环数组(circular array)**,也就是说数组的任何一点都可能被看作起点或者终点。
ArrayDeque是非线程安全的(not thread-safe),当多个线程同时使用的时候,需要程序员手动同步;另外,该容器不允许放入null元素。
//由源码我们可以知道,它的初始容量为8 private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;
容量满时翻倍
/** * Doubles the capacity of this deque. Call only when full, i.e., * when head and tail have wrapped around to become equal. */ private void doubleCapacity() { assert head == tail; int p = head; int n = elements.length; int r = n - p; // number of elements to the right of p head右边元素的个数 int newCapacity = n << 1;//原空间的2倍 if (newCapacity < 0) throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big"); Object[] a = new Object[newCapacity]; System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);//复制右半部分,对应上图中绿色部分 System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);//复制左半部分,对应上图中灰色部分 elements = a; head = 0; tail = n; }
addFirst
addFirst(E e)的作用是在Deque的首端插入元素,也就是在head的前面插入元素,在空间足够且下标没有越界的情况下,只需要将elements[--head] = e即可。
要考虑的需求 :
1.空间是否够用
2.下标是否越界的问题。
上图中,如果head为0之后接着调用addFirst(),虽然空余空间还够用,但head为-1,下标越界了。下列代码很好的解决了这两个问题。
//addFirst(E e) public void addFirst(E e) { if (e == null)//不允许放入null throw new NullPointerException(); elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;//2.下标是否越界 if (head == tail)//1.空间是否够用 dou bleCapacity();//扩容 }
addLast
addLast(E e)的作用是在Deque的尾端插入元素,也就是在tail的位置插入元素,由于tail总是指向下一个可以插入的空位,因此只需要elements[tail] = e;即可。插入完成后再检查空间,如果空间已经用光,则调用doubleCapacity()进行扩容。
public void addLast(E e) { if (e == null)//不允许放入null throw new NullPointerException(); elements[tail] = e;//赋值 if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)//下标越界处理 doubleCapacity();//扩容 }
pollFirst
pollFirst()的作用是删除并返回Deque首端元素,也即是head位置处的元素。如果容器不空,只需要直接返回elements[head]即可,当然还需要处理下标的问题。由于ArrayDeque中不允许放入null,当elements[head] == null时,意味着容器为空。
public E pollFirst() { int h = head; E result = elements[head]; if (result == null)//null值意味着deque为空 return null; elements[h] = null;//let GC work head = (head + 1) & (elements.length - 1);//下标越界处理 return result; }
pollLast
pollLast()的作用是删除并返回Deque尾端元素,也即是tail位置前面的那个元素。
public E pollLast() { int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);//tail的上一个位置是最后一个元素 E result = elements[t]; if (result == null)//null值意味着deque为空 return null; elements[t] = null;//let GC work tail = t; return result; }
peekFirst
peekFirst()的作用是返回但不删除Deque首端元素,也即是head位置处的元素,直接返回elements[head]即可。
public E peekFirst() { return elements[head]; // elements[head] is null if deque empty }
peekLast
peekLast()的作用是返回但不删除Deque尾端元素,也即是tail位置前面的那个元素。
public E peekLast() { return elements[(tail - 1) & (elements.length - 1)]; }
优先队列叫做PriorityQueue
优先队列的作用是能保证每次取出的元素都是队列中权值最小的(Java的优先队列每次取最小元素,C++的优先队列每次取最大元素)。这里牵涉到了大小关系,元素大小的评判可以通过元素本身的自然顺序(*natural ordering*),也可以通过构造时传入的比较器(Comparator,类似于C++的仿函数)。
参考实现: https://pdai.tech/md/java/collection/java-collection-PriorityQueue.html