Java LinkedList 用作 栈、队列、双端队列 的各类操作

目录

LinkedList 数据存储的基础结构

单 Node 信息图示 

LinkedList 数据存储关系图示

LinkedList 作为栈使用

push(E)：入栈操作，在头部添加元素

pop()：出栈操作，取出头部元素并将其从栈中移除

peek()：查看头部元素，不影响栈的结构

各方法操作效果图示

LinkedList 作为队列使用

add(E)：添加元素到队列尾部

peek()：查看队列头部元素，不改变队列结构

poll()：返回头部元素，并从队列删除该元素

LinkedList 作为双端队列使用

LinkedList 队列和栈对各节点元素操作方法

 

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LinkedList 数据存储的基础结构

private static class Node {
    E item;
    Node next;
    Node prev;
    Node(Node prev, E element, Node next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

单 Node 信息图示 

LinkedList 数据存储关系图示

 

LinkedList 作为栈使用

push(E)：入栈操作，在头部添加元素

public void push(E e) {
    // 添加元素到头部
    addFirst(e);
}

public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}

private void linkFirst(E e) {
    final Node f = first;
    // 根据添加数据初始化新 Node
    final Node newNode = new Node<>(null, e, f);
    // 将新 Node 设置为头结点
    first = newNode;
    // 原头结点为 null 的情况
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        // 原头结点的 prev 设置为新 Node
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

pop()：出栈操作，取出头部元素并将其从栈中移除

public E pop() {
    // 返回并删除头元素
    return removeFirst();
}

public E removeFirst() {
    final Node f = first;
    if (f == null)
        // 头部元素为 NULL 则抛异常
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}

private E unlinkFirst(Node f) {
    // assert f == first && f != null;
    // 此处不存在 f 为 null 的情况，
    final E element = f.item;
    // 当前头结点的下一个元素
    final Node next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    // 变更头结点元素
    first = next;
    // 
    if (next == null)
        // 当前头结点为 null ，则设置尾结点也为 null
        last = null;
    else
        // 头结点 prev 设置为 null
        next.prev = null;
    size--;
    modCount++;
    // 返回头部元素
    return element;
}

peek()：查看头部元素，不影响栈的结构

// 由于不影响栈结构，直接返回头部元素即可
public E peek() {
    final Node f = first;
    return (f == null) ? null : f.item;
}

 

各方法操作效果图示

 

LinkedList 作为队列使用

add(E)：添加元素到队列尾部

offer(E) 方法内部调用了 add(E) 方法，两个方法效果相同

public boolean offer(E e) {
    return add(e);
}

public boolean add(E e) {
    // 将当前元素添加到队尾
    linkLast(e);
    return true;
}

void linkLast(E e) {
    // 获取队尾元素
    final Node l = last;
    // 初始化新的元素数据
    final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
    // 将队尾元素设置为当前添加的元素
    last = newNode;
    if (l == null)
        // 队列为空的情况下，新增元素时：头部元素 = 尾部元素 = 当前添加元素
        first = newNode;
    else
        // 原队尾元素 next 为当前添加元素
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

peek()：查看队列头部元素，不改变队列结构

同方法 element() 的区别为：当头部元素为 null 时，element() 方法会抛 NoSuchElementException 异常，peek() 方法返回 null

public E peek() {
    final Node f = first;
    return (f == null) ? null : f.item;
}


public E element() {
    return getFirst();
}
public E getFirst() {
    final Node f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return f.item;
}

poll()：返回头部元素，并从队列删除该元素

同方法 remove() 的区别为：当头部元素为 null 时，remove() 方法会抛 NoSuchElementException 异常，poll() 方法返回 null

public E poll() {
    final Node f = first;
    return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}

private E unlinkFirst(Node f) {
    // assert f == first && f != null;
    // 此方法入参 f 一定不为 null
    final E element = f.item;
    // 队列第二个元素
    final Node next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    // 将头结点设置为原队列第二个元素
    first = next;
    if (next == null)
        // 队列只有 1 个元素的情况下，取出后需改变队尾元素也为 null
        last = null;
    else
        next.prev = null;
    size--;
    modCount++;
    // 返回原队列头部元素
    return element;
}


public E remove() {
    return removeFirst();
}
public E removeFirst() {
    final Node f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}

 

LinkedList 作为双端队列使用

双端队列底层实现与栈和队列类似。针对栈和队列的各类操作，双端队列都有对应的方法：

poll() --> pollFirst()  pollLast()

offer(E) --> offerFirst(E) offerLast(E)

peek() --> peekFirst() peekLast() 

等等等等等

LinkedList 队列和栈对各节点元素操作方法

队列和栈的添加元素区别：队列在添加元素到尾部，栈添加元素到头部

两种结构获取元素方式相同，均为从头部取元素

操作	新增	删除并返回	查看
头部元素	push(E) addFirst(E)	pop() 为 null 时抛异常 poll()  remove() 为 null 时抛异常	peek() element() 为 null 时抛异常
尾部元素	add(E) offer(E)