Java LinkedList學習筆記
前言
最近在學習Java基礎知識,LinkedList是Java的一種常見的資料型別,所以我準備針對它做一個筆記,以供自己查閱。筆記將不僅僅侷限於LinkedList(基於1.8.0_45),還會對一些Java的知識做一些總結。文章會參照前輩的文章,希望能有所幫助~
概述
以雙向連結串列實現。連結串列無容量限制,但雙向連結串列本身使用了更多空間,每插入一個元素都要構造一個額外的Node物件,也需要額外的連結串列指標操作。
按下標訪問元素-get(i)、set(i,e) 要悲劇的部分遍歷連結串列將指標移動到位 (如果i>陣列大小的一半,會從末尾移起)。
插入、刪除元素時修改前後節點的指標即可,不再需要複製移動。但還是要部分遍歷連結串列的指標才能移動到下標所指的位置。
只有在連結串列兩頭的操作-add()、addFirst()、removeLast()或用iterator()上的remove()倒能省掉指標的移動。
它的定義是
LinkedList is an implementation of {@link List}, backed by a doubly-linked list.
All optional operations including adding, removing, and replacing elements are supported.
All elements are permitted, including null.
中文翻譯是:
LinkedList 是List的一個實現,它由雙向連結串列支援。
它支援add,remove和replace操作,並且可以包含null值。
Transient關鍵字
在LinkedList類一開始,我看到了如下程式碼:
transient int size = 0;//順便加一句,這是linkedList的容量,初始化為0
在這裡就順便對transient關鍵字做一個學習。
transient的解釋是:Java 語言規範中提到,transient 關鍵字用來說明指定屬性不進行序列化。(當持久化物件時, 可能有一個特殊的物件資料成員, 我們不想用 serialization 機制來儲存它。為了在一個特定物件的一個域上關閉serialization, 可以在這個域前加上關鍵字transient。)
序列化
序列化其實我們在Android上使用過的,它是用來持久化物件的狀態。
關於序列化的知識:
Android中的序列化
Android中的序列化分兩種:
- Serializable,要傳遞的類實現Serializable介面傳遞物件,
- Parcelable,要傳遞的類實現Parcelable介面傳遞物件。
Serializable是Java自帶的,而Parcelable是Android加入的。
它們的區別是:Parcelable是將一個完整的物件進行分解,
而分解後的每一部分都是Intent所支援的資料型別。Serializable使用了反射,序列化的過程較慢。Serializable在序列化的時候會產生大量的臨時變數,從而引起頻繁的GC。Parcelable比Serializable效能高,所以在Android上推薦使用Parcelable(雖然書寫稍微麻煩一些)。
上面由一行程式碼引出了Transient關鍵字和Android序列化,下面繼續對LinkedList進行分析。
Link類
private static final class Link<ET> {
ET data;
Link<ET> previous, next;
Link(ET o, Link<ET> p, Link<ET> n) {
data = o;
previous = p;
next = n;
}
}
這裡的data指的是使用者的資料,previous和next分別指指向前後節點的指標。
建構函式
/**
* Constructs a new empty instance of {@code LinkedList}.
*/
public LinkedList() {
voidLink = new Link<E>(null, null, null);
voidLink.previous = voidLink;
voidLink.next = voidLink;
}
/**
* Constructs a new instance of {@code LinkedList} that holds all of the
* elements contained in the specified {@code collection}. The order of the
* elements in this new {@code LinkedList} will be determined by the
* iteration order of {@code collection}.
*
* @param collection
* the collection of elements to add.
*/
public LinkedList(Collection<? extends E> collection) {
this();
addAll(collection);
}
第一個函式就是構建一個header(為voidLink),並且它的previous和next都指向自己本身;第二個函式就是把一個Collection類中的所有元素新增到list中去。addAll函式將在後面進行學習。
add函式
@Override
public void add(int location, E object) {
if (location >= 0 && location <= size) {
Link<E> link = voidLink;//voidLink就是常說的header
if (location < (size / 2)) {//如果插入位置位於前半段
for (int i = 0; i <= location; i++) {
link = link.next;
}
} else {//如果插入位置位於後半段
for (int i = size; i > location; i--) {
link = link.previous;
}
}
//通過上面的操作,找出了插入位置的原元素
Link<E> previous = link.previous;
Link<E> newLink = new Link<E>(object, previous, link);
previous.next = newLink;
link.previous = newLink;//這四行程式碼,把原來的元素後移一位,前面插入新的資料,並且要把前後的next和previous做相應的修改(不明白的話,依舊可以如底下畫圖來理解)
size++;
modCount++;
} else {
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
}
/**
* Adds the specified object at the end of this {@code LinkedList}.
*
* @param object
* the object to add.
* @return always true
*/
@Override
public boolean add(E object) {
return addLastImpl(object);
}
private boolean addLastImpl(E object) {
Link<E> oldLast = voidLink.previous;//voidLink也就是header
Link<E> newLink = new Link<E>(object, oldLast, voidLink);
voidLink.previous = newLink;
oldLast.next = newLink;
size++;//容量加一
modCount++;
return true;
}
在這裡還要強調一下LinkedList是一個雙向迴圈的連結串列。
上面的函式分別是add(E object);add(int location, E object);addLastImpl(E object) 。
add(E object)直接呼叫了addLastImpl(E object)。在addLastImpl(E object)函式裡,把header的previous賦值給oldLast;然後新建一個新的Link物件,其中存放的是使用者需要加入的資料,並且它的previous賦值為oldLast,next賦值為voidLink的地址;這個時候,把header的previous賦值為新端點的地址,把oldlast的next端點也賦值成為新端點的地址,那麼可以說是插入成功了。因為文字略顯晦澀,這裡我將用圖來解釋一下:
因為是筆記,所以我直接使用了自己在草稿紙上畫的圖:
size為0的時候(初始化):
當size=0的時候,執行如下程式碼後的結果:
Link<E> oldLast = voidLink.previous;
Link<E> newLink = new Link<E>(object, oldLast, voidLink);
- 繼續執行後面兩行的程式碼後:
voidLink.previous = newLink;
oldLast.next = newLink;
上面兩張圖指的是size=0到size=1的變化。
- 當size=1到size=2的過程中:
執行如下程式碼後:
Link<E> oldLast = voidLink.previous;
Link<E> newLink = new Link<E>(object, oldLast, voidLink);
- 接上一個步驟,繼續執行如下兩行程式碼後:
voidLink.previous = newLink;
oldLast.next = newLink;
就變成了下圖:
如果繼續add的話,應該還是在上圖的基礎上進行。
add(int location, E object)
然後我們再來看add(int location, E object)函式:
它可以使需要新增的資料插入到連結串列相應的位置去(在上面的程式碼中做了相應的註釋)。
addAll函式
@Override
public boolean addAll(int location, Collection<? extends E> collection) {
if (location < 0 || location > size) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
int adding = collection.size();
if (adding == 0) {
return false;
}
Collection<? extends E> elements = (collection == this) ?
new ArrayList<E>(collection) : collection;
Link<E> previous = voidLink;
if (location < (size / 2)) {//同樣分情況討論,看是從前遍歷還是從後遍歷
for (int i = 0; i < location; i++) {
previous = previous.next;
}
} else {
for (int i = size; i >= location; i--) {
previous = previous.previous;
}
}
Link<E> next = previous.next;
for (E e : elements) {
Link<E> newLink = new Link<E>(e, previous, null);
previous.next = newLink;
previous = newLink;
}
previous.next = next;
next.previous = previous;
size += adding;
modCount++;
return true;
}
@Override
public boolean addAll(Collection<? extends E> collection) {
int adding = collection.size();
if (adding == 0) {
return false;
}
Collection<? extends E> elements = (collection == this) ?
new ArrayList<E>(collection) : collection;//如果collection是當前linkedList物件,那麼就新建一個Arraylist,否則elements就賦值為collection。
Link<E> previous = voidLink.previous;//賦值為header的previous,previous的值為linkedList的最後一個元素
for (E e : elements) {
Link<E> newLink = new Link<E>(e, previous, null);
previous.next = newLink;
previous = newLink;//在這個迴圈裡,依次把元素新增在linkedList的末尾。
}
previous.next = voidLink;//把最後一個元素的next指向頭部的header。
voidLink.previous = previous;//把header的previous指向最後一個元素。這兩行構成了新的迴圈(如之前的圖示)。
size += adding;
modCount++;
return true;
}
在當前類中過載了兩個addAll函式。其中第二個函式同樣在建構函式中被呼叫(如上)。
在上面的程式碼中做了相應的註釋。
set函式
public E set(int location, E object) {
if (location >= 0 && location < size) {
Link<E> link = voidLink;
if (location < (size / 2)) {
for (int i = 0; i <= location; i++) {
link = link.next;
}
} else {
for (int i = size; i > location; i--) {
link = link.previous;
}
}
E result = link.data;
link.data = object;
return result;
}
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
從程式碼可以看出,set的時候,同樣是分情況討論的,分為從前遍歷和從後遍歷兩種情況。在set的值,需要對linkedList進行遍歷。
get函式
public E get(int location) {
if (location >= 0 && location < size) {
Link<E> link = voidLink;
if (location < (size / 2)) {
for (int i = 0; i <= location; i++) {
link = link.next;
}
} else {
for (int i = size; i > location; i--) {
link = link.previous;
}
}
return link.data;
}
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
get的基本邏輯其實和set很相似。也是進行遍歷,然後取值。
remove
public E remove() {
return removeFirstImpl();
}
public E remove(int location) {
if (location >= 0 && location < size) {
Link<E> link = voidLink;
if (location < (size / 2)) {//這個if else程式碼塊在當前類經常被使用到,找出相應location的元素
for (int i = 0; i <= location; i++) {
link = link.next;
}
} else {
for (int i = size; i > location; i--) {
link = link.previous;
}
}
Link<E> previous = link.previous;
Link<E> next = link.next;
previous.next = next;
next.previous = previous;//改變當前location元素的指標指向關係,從而把該元素移出LinkedList
size--;
modCount++;
return link.data;
}
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
@Override
public boolean remove(Object object) {
return removeFirstOccurrenceImpl(object);
}
從程式碼可以看出,remove 函式有三個。
第一個remove是不帶引數的,它直接呼叫了removeFirstImpl()函式。
private E removeFirstImpl() {
Link<E> first = voidLink.next;//header的next,當size=0時,next指向header自己;當size>0的時候,next指向LinkedList的第一個元素。
if (first != voidLink) {//size>0時
Link<E> next = first.next;//next賦值為第一個元素的next值,也就是第二個元素(ps:當size=1時,又指向它本身)
voidLink.next = next;//header的next賦值為上面的值
next.previous = voidLink;//第二個元素(或當size=1時,就是header本身)的previous由指向first變為指向header。
//經過上面的操作,把LinkedList的第一個元素移除了。
size--;
modCount++;
return first.data;
}
throw new NoSuchElementException();
}
所以remove函式在當前類的作用應該是移除LinkedList的第一個元素。
第二個函式見註釋。
第三個函式的引數是object元素,而不是索引。通過程式碼,它直接呼叫了removeFirstOccurrenceImpl(object)函式:
private boolean removeFirstOccurrenceImpl(Object o) {
Iterator<E> iter = new LinkIterator<E>(this, 0);//LinkIterator迭代器
return removeOneOccurrence(o, iter);
}
private boolean removeOneOccurrence(Object o, Iterator<E> iter) {
while (iter.hasNext()) {//是否存在下一個元素
E element = iter.next();
if (o == null ? element == null : o.equals(element)) {//如果刪除的元素是null,如果有元素的值也為null,那麼進行remove操作;如果o不是null,就呼叫equals比較。
iter.remove();
return true;
}
}
return false;
}
它藉助了迭代器去完成remove操作。迭代器就不再在這裡贅述了,它的定義也在LinkedList.java類中。
clear函式
public void clear() {
if (size > 0) {
size = 0;//將size容量置為0
voidLink.next = voidLink;//next指向自己記憶體地址
voidLink.previous = voidLink;//previous指向自己記憶體地址
//這裡是不是做一個=null操作更好呢?
modCount++;
}
}
contains函式
@Override
public boolean contains(Object object) {
Link<E> link = voidLink.next;//voidLink就是header,指向第一個有效元素(size=0的時候,指向自己)
if (object != null) {
while (link != voidLink) {//從頭到尾迴圈一次,到末節點指向自己為止
if (object.equals(link.data)) {
return true;
}
link = link.next;
}
} else {
while (link != voidLink) {
if (link.data == null) {//遍歷到第一個元素為null即可
return true;
}
link = link.next;
}
}
return false;
}
後面的一些函式應該不是很常用,後面有時間的話會繼續更新。
與ArrayList的比較
LinkedList 和 ArrayList 都實現了 List 介面。LinkedList 是基於連結串列實現的,所以它的插入和刪除操作比 ArrayList 更加高效。但其隨機訪問的效率要比 ArrayList 差。
總結
其實根據每個Java版本實現程式碼都會有略微不同,如果可以的話,大家應該可以自己實現一個linkedList。所以對LinkedList的學習應該是知道LinkedList的資料結構是雙向連結串列,其餘的具體實現都是圍繞這個迴圈的雙向連結串列進行的。
參考
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