Java中LinkedList容器如何使用
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一、LinkedList的整体结构
1.1、LinkedList的继承关系
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList implements List , Deque LinkedList具备AbstractSequentialList的特点:AbstractSequentialList 只支持按次序访问,而不像 AbstractList 那样支持随机访问
LinkedList具备List的特点
LinkedList具备Deque的特点:Deque是一个线性collection,支持在两端插入和移除元素
1.2、LinkedList的结构
//元素个数transient int size = 0;//第一个元素指针transient Node first;//最后一个元素指针transient Node last;//Node节点的结构private static class Node { E item;//当前元素 Node next;//当前元素的下一个指针 Node prev;//当前元素的上一个指针 Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; }}
1.2.1 Node的结构
LinkedList特点
1.LinkedList是通过双链表去实现的。
2.LinkedList不存在容量不足的问题,因为是链表。
3.LinkedList实现了Deque,而Deque接口定义了在双端队列两端访问元素的方法,所以LinkedList可以作为FIFO(先进先出)的队列;LinkedList可以作为LIFO(后进先出)的栈
二、源码分析
2.1、添加元素
//添加元素public boolean add(E e) { //默认调用,尾部添加元素的方法 linkLast(e); return true;}//尾部添加元素void linkLast(E e) { //记录当前尾部元素 final Node l = last; //创建一个新的Node节点 ,prev是当前的尾节点,next指向null final Node newNode = new Node<>(l, e, null); //将last设置为新节点 last = newNode; //判断当前尾部节点是否为null if (l == null) //当前尾部节点为null,就挂到头结点上 first = newNode; else //当前尾部节点不为null,就将新建的Node挂到当前last节点的next指针上 l.next = newNode; //元素的个数+1 size++; //LinkedList修改记录+1 modCount++;}
新增元素add()方法默认是尾部追加,核心就是将新建的Node节点追加到当前last节点的next指针上 ,伪代码:
Node newNode=new Node();newNode.prev=last;last.next=newNode;last=newNode;last.next=null;
addFirst:首部追加
public void addFirst(E e) { linkFirst(e);}//头部追加private void linkFirst(E e) { //记录当前首部元素 final Node f = first; //新建一个Node节点 final Node newNode = new Node<>(null, e, f); //首部元素指向新建的节点 first = newNode; //判断当前首部指针是否为null if (f == null) //当前首部指针为null,就把新建的节点挂到last指针上 last = newNode; else //当前首部指针不为null,就把新建的节点挂到,当前first指针指向元素的prev指针上 f.prev = newNode; //元素个数+1 size++; //LinkedList修改记录+1 modCount++;}
首部追加的逻辑与尾部追加基本相同,伪代码:
Node newNode=new Node();newNode.next=first;first.prev=newNode;first=newNode;first.prev=null;(也可以:newNode.prev=null)
指定位置添加元素:add(int index, E element):
public void add(int index, E element) { //检查要插入的位置是否合法 checkPositionIndex(index); //如要插入的位置在最后,直接调用linkLast() if (index == size) linkLast(element); else //如要插入的位置不在最后,就先查找再插入 linkBefore(element, node(index));} //查找要插入元素的位置Node node(int index) { // assert isElementIndex(index); //如果要插入的位置小于集合的一半,我就从头开始找 if (index < (size >> 1)) { Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { //如果要插入的位置大于等于集合的一半,我就从尾部开始找 Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; }}//将新建的元素插入到查找的元素前面void linkBefore(E e, Node succ) { // assert succ != null; final Node pred = succ.prev; final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++;}
LinkedList是一个双向链表,他只记录了头部和尾部位置,如果我们要指定位置插入,他会这么做:
1.先遍历查找出要插入的元素位置,然后再插入;查找方式是根据 index < (size >> 1) 判断结果,决定是从头遍历,还是从尾部遍历,这种遍历方式类似于二分查找(只在第一层循环二分)
2.新建一个Node节点,插入到查找出来的元素的前面
由此可知为何链表对随机位置读写是不合适的;他的时间复杂度=O(n/2) ,如果n很大,我们一般就认为他的时间复杂度=O(n)
2.2、删除元素
//重写List的remove()public boolean remove(Object o) { if (o == null) { //如果要删除的元素null元素,从头开始查找这个null元素 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { //如果要删除的元素不null元素,从头开始查找这个非null元素 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false;}//执行删除逻辑,实质就是打断改元素与链表的引用关系E unlink(Node x) { // assert x != null; //记录改元素的值,实际作用就是做返回值 final E element = x.item; //记录当前元素的下一个节点 final Node next = x.next; //记录当前元素的上一个节点 final Node prev = x.prev; //判断 x->prev 节点是否为null,为null就是删除头结点 if (prev == null) { first = next; } else { //将 x->prev节点的next指针指向x节点的下一个节点 prev.next = next; //将 x->prev 指针,设置为null(断开引用关系) x.prev = null; } //判断 x->next 节点是否为null,为null就是删尾部结点 if (next == null) { last = prev; } else { //将x->next节点的prev指针指向x->prev next.prev = prev; //将 x->next指针,设置为null(断开引用关系) x.next = null; } //将x的值设置为null x.item = null; //集合大小-1 size--; //集合的修改记录-1 modCount++; return element;}
这里我们看到LinkedList重写了List的remove方法,整个删除逻辑也是先查找再删除,时间复杂度O(n),如果是删除首部元素时间复杂度=O(1),若要删除尾部元素请使用removeLast( )
LinkedLis删除首部元素:removeFirst()
LinkedLis删除尾部元素:removeLast()
LinkedLis首部出队:pollFirst( ) ,队列的特点
LinkedLit尾部出队:pollLast( ),队列的特点
2.3、迭代器
Iterator迭代器只能是从头往尾迭代,而LinkedList是双向链表,他还可以从尾往头部迭代,JAVA提供了一个新的迭代器接口:
public interface ListIterator extends Iterator{ //判断是否存在下一个元素 boolean hasNext(); //获取下一个元素 E next(); //判断是否还有前一个元素 boolean hasPrevious(); //获取前一个元素 E previous();}
LinkedList实现该接口:
private class ListItr implements ListIterator { private Node lastReturned;//上一次next() 或者 previous()的元素 private Node next;//lastReturned->next 指向的元素 private int nextIndex;//下一个元素的位置 private int expectedModCount = modCount;}
LinkedList从前往后遍历:
//是否存在下一个元素public boolean hasNext() { return nextIndex < size;}public E next() { //检查集合的版本 checkForComodification(); if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException(); //lastReturned赋值上次next lastReturned = next; //next赋值为上次next->next next = next.next; //下一个元素的位置 nextIndex++; return lastReturned.item;}
LinkedList从后往前遍历:
//判断是否到头了public boolean hasPrevious() { return nextIndex > 0;}//从尾部往头部取数据public E previous() { checkForComodification(); if (!hasPrevious()) throw new NoSuchElementException(); // next==null:第一次遍历取尾节点(last),或者上一次遍历时把尾节点删除掉了 // next!=null:已经发生过遍历了,直接取前一个节点即可(next.prev) lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev; //遍历的指针-1 nextIndex--; return lastReturned.item;}
迭代器删除元素:
public void remove() { checkForComodification(); // lastReturned 是本次迭代需要删除的值 // lastReturned==null则调用者没有主动执行过 next() 或者 previos(),二直接调remove() // lastReturned!=null,是在上次执行 next() 或者 previos()方法时赋的值 if (lastReturned == null) throw new IllegalStateException(); //保存将当前要删除节点的下一个节点(如果是从尾往头遍历,该值永远是null) Node lastNext = lastReturned.next; //删除当前节点 unlink(lastReturned); // next == lastReturned:从尾到头递归顺序,并且是第一次迭代,并且要删除最后一个元素的情况下, // previous() 方法里面设置了 lastReturned = next = last,所以 next 和 lastReturned会相等 if (next == lastReturned) next = lastNext; else nextIndex--; lastReturned = null; expectedModCount++;}
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