1、链表

这是一些我从《java数据结构和算法》中选出来的，需要记住的东西。

一、javaAPI中的表

1.1 Collection接口

Collction接口扩展了Iterable接口，有一些基本的方法需要掌握：

public interface Collection extends Iterable{
    int size();
    boolean isEmpty();
    void clear();
    boolean contains(T x);
    boolean add(T x);
    boolean remove(T x);
    java.util.Iterator iterator();
}

1.2 Iterator接口

实现java.lang.Iterable接口的集合必须提供一个iterator的方法，该方法返回一个java.util.Iterator对象，此接口的定义中有几个方法需要掌握：

public interface Iterator{
    boolean hasNext();
    T next();
    void remove();
}

说明：

• 此接口的remove方法的效率比Collection中的remove方法的效率要高；
• 当使用此接口进行迭代的时候要注意，一定不要在迭代的过程中该表集合，比如使用add、remove、clear等方法。

1.3 List接口、ArrayList接口、LinkedList接口

• List接口中有几个基本的方法需要掌握：

public interface List extends Collection{
    T get(int idx);
    T set(int idx, T newVal);
    void add(int idx, T x);
    void remove(int idx);
    ListIterator listIterator(int pos);
}

• ArrayList的优点在于对get和set方法花费常数时间，缺点是插入和删除代价昂贵，除非是在其末端进行。

• LinkedList的优点在于添加和删除都是花费常数时间，但是get和set方法花费较大。其提供了一些好用的方法：addFirst、removeFirst、addLast、removeLast、getFirst、getLast。

1.4 ArrayList的实现

主要的细节有：

• 将保持基础数组，数组的容量，以及存储在其中的当前元素的个数；
• 将提供一种机制以改变基础数组的容量。通过获得一个新数组，将老数组拷贝到新数组中来改变数组的容量，允许虚拟机回收老数组；
• 将提供get和set实现
• 将提供基本的例程，如size、isEmpty和clear、remove，以及两种不同版本的add。如果数组的大小和容量相同，那么这两个add例程将增加容量。

import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;

public class MyArrayList implements Iterable {
    
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//链表的默认容量
    private int theSize;//链表中当前元素的项数
    private T[] theItems;//用于存储元素
    
    public MyArrayList() {
        clear();
    }
    
    public void clear(){
        theSize = 0;
        ensureCapacity(DEFAULT_CAPACITY);
    }
    
    public int size(){
        return theSize;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return size() == 0;
    }
    //扩容
    public void trimToSize(){
        ensureCapacity(size());
    }
    public T get(int idx){
        if(idx < 0 || idx >= size()){
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }
        return theItems[idx];
    }
    public T set(int idx, T newVal){
        if(idx < 0 || idx >= size()){
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }
        T old = theItems[idx];
        theItems[idx] = newVal;
        return old;
    }
    
    public void ensureCapacity(int newCapactiy){
        if(newCapactiy < theSize){
            return ;
        }
        T[] old = theItems;
        theItems = (T[]) new Object[newCapactiy];
        for(int i = 0; i < size(); i++){
            theItems[i] = old[i];
        }
    }
    //在链表的末尾添加
    public boolean add(T x){
        add(size(), x);
        return true;
    }
    //在链表的某个位置添加
    public void add(int idx, T x){
        //首先判断是否需要扩容
        if(theItems.length == size()){
            ensureCapacity(size() * 2 + 1);
        }
        //添加之前需要将idx后面元素依次向后移动，注意是从theSize开始
        for(int i = theSize; i > idx; i--){
            theItems[i] = theItems[i - 1];
        }
        theItems[idx] = x;
        theSize++;
    }
    //删除，就是将元素向前移动，然后将当前元素项数减一
    public T remove(int idx){
        if(idx < 0 || idx >= size()){
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
        }
        T removedItem = theItems[idx];
        for(int i = idx; i < size() - 1; i++){
            theItems[i] = theItems[i + 1];
        }
        theSize--;
        return removedItem;
    }
    
    public Iterator iterator() {
        
        return new ArrayListIterator();
    }
    //实现Iterator接口
    private class ArrayListIterator implements Iterator{
        
        private int current = 0;
        //如果标记小于当前元素的项数，表示还有下一个元素
        public boolean hasNext(){
            return current < size();
        }
        public T next(){
            if(!hasNext()){
                throw new NoSuchElementException();
            }
            return theItems[current++];
        }
        public void remove(){
            MyArrayList.this.remove(--current);
        }
    }
}

1.5 LinkedList类的实现

在设计方面，我们将需要提供三个类：

• MyLinkedList类本身，它包含到两端的链、表的大小以及一些方法
• Node类，它可能是一个私有的嵌套类。一个节点包含数据以及前一个节点的链和到下一个节点的链，还有一些适当的构造方法
• LinkedListIterator类，该类抽象了位置的概念，是一个私有类，并实现接口Iterator。它提供了方法next、hasNext和remove的实现。

package cn.list;
import java.util.ConcurrentModificationException;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;

public class MyLinkedList implements Iterable {
    private int theSize;//链表中元素个数
    private int modCount = 0;//对链表改动的一个计数器
    private Node beginMarker;//链表起始标记（但是不属于链表的节点）
    private Node endMarker;//链表结束标记（但是不属于链表的节点）
    
    public MyLinkedList(){
        clear();
    }
    
    public void clear(){
        //初始化开头和结束标记
        beginMarker = new Node(null, null, null);
        endMarker = new Node(null, beginMarker, null);
        beginMarker.next = endMarker;
        theSize = 0;
        modCount++;
    }
    //链表的大小
    public int size(){
        return theSize;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return size() == 0;
    }
    //默认是在链表结尾添加
    public boolean add(T x){
        add(size(), x);
        return true;
    }
    //在指定位置添加
    public void add(int idx, T x){
        addBefore(getNode(idx), x);
    }
    public T get(int idx){
        return getNode(idx).data;
    }
    public T set(int idx, T newVal){
        Node p = getNode(idx);
        T oldVal = p.data;
        p.data = newVal;
        return oldVal;//这里其实应该返回设置成功或者失败
    }
    public T remove(int idx){
        return remove(getNode(idx));
    }
    private void addBefore(Node p, T x){
        //首先新节点的前缀指向p的前一个节点，而新节点的后缀指向p
        Node newNode = new Node(x, p.prev, p);
        //将p和p的前一个节点断开，让其指向新节点
        newNode.prev.next = newNode;
        //让p的前一个节点变成新节点
        p.prev = newNode;
        theSize++;
        modCount++;
    }
    //删除节点
    private T remove(Node p){
        p.next.prev = p.prev;
        p.prev.next = p.next;
        theSize--;
        modCount++;
        return p.data;
    }
    private Node getNode(int idx){
        Node p;
        if(idx < 0 || idx > size()){
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }
        
        //如果给定的索引小于链表长度的一半，那么我们从前向后搜索
        //否则从后向前搜索，提高效率
        if(idx < size() / 2){
            p = beginMarker.next;
            for(int i = 0; i < idx; i++){
                p = p.next;
            }
        }else{
            p = endMarker;
            for(int i = size(); i > idx; i--){
                p = p.prev;
            }
        }
        return p;
    }
    public Iterator iterator(){
        return new LinkedListIterator();
    }
    //迭代器
    private class LinkedListIterator implements Iterator{
        //迭代开始时第一个节点为链表头标记的下一个节点
        private Node current = beginMarker.next;
        //开始时让迭代器的计数器和链表的计数器，如果中途两者不想等，表明程序出现错误
        private int expectedModCount = modCount;
        private boolean okToRemove = false;
        //当前节点指向链表结束标记表示到末尾了
        public boolean hasNext(){
            return current != endMarker;
        }
        public T next(){
            if(modCount != expectedModCount){
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            if(!hasNext()){
                throw new NoSuchElementException();
            }
             T nextItem = current.data;
             current = current.next;
             //将此标记设置为true，即表示在迭代的时候不允许使用remove等方法改变链表
             okToRemove = true;
             return nextItem;
        }
        public void remove(){
            if(modCount != expectedModCount){
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            if(!hasNext()){
                throw new NoSuchElementException();
            }
            MyLinkedList.this.remove(current.prev);
            okToRemove = false;
            expectedModCount++;
        }
    }
    //节点类
    private static class Node{
        private T data;//数据
        private Node prev;//本节点的前一个节点
        private Node next;//本节点的后一个节点
        
        public Node(T data, Node prev, Node next) {
            this.data = data;
            this.prev = prev;
            this.next = next;
        }
    }
}