数据结构之双向队列_数据结构双向队列

一 总体介绍

1.java 中双向队列和栈的继承结构图

2. 双端队列中的方法：

3. Deque接口api文档如下：

其中插入，删除，查看都有两套方法，一套接口遇到失败会抛出异常，另一套遇到失败会抛出异常值（false或null）具体区别如下：

首先是Deque接口，Deque的含义是“double ended queue”,即双端队列，它既可以当做栈使用，也可以当作队列使用，既具有栈的性质，有具有队列的性质。下列是Deque与Queue相对应的接口：

下表列出类Deque和Stack对应的接口

4. 双向队列Deque有两种实现方式，一种是ArrayDeque，一种是LinkedList。通过名字可以看出，ArrayDeque底层是通过数组实现，为了满足可以同时在数组的两端插入或者删除元素的需求，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，当多个线程同时使用的时候，需要程序换手动同步，另外，该容器不允许放入null元素。

二、ArrayDeque

1. 通过上图我们知道，head指向首端第一个有效元素，tail指向尾端第一个可以插入元素的空位，因为是循环数组，所以head不一定总等于0，tail也不一定总是比head大。
2. addFirst()
   针对首端插入实际需要考虑：1.空间是否够用，以及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
   下面展示一些 内联代码片。

  public void addFirst(E e) {
    if (e == null)
        throw new NullPointerException();
    //下标越界问题解决方案
    elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
    //容量问题解决方案
    if (head == tail)
        doubleCapacity();
}
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上述代码我们看到，空间问题是在插入之后解决的，因为tail总是指向下一个可插入的空位，也就意味着elements数组至少有一个空位，所以插入元素的时候不用考虑空间问题。

下标越界的处理解决起来非常简单，head = (head - 1) & (elements.length - 1)就可以了，这段代码相当于取余，同时解决了head为负值的情况。因为elements.length必需是2的指数倍(构造函数初始化逻辑保证)，elements - 1就是二进制低位全1，跟head - 1相与之后就起到了取模的作用，如果head - 1为负数（其实只可能是-1），则相当于对其取相对于elements.length的补码。
4. 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。与first比较类似就不多分析了

三、LinkedList

LinkedList实现了Deque接口，因此其具有双端队列的特性，由于其实链表结构，因此不像ArrayDeque要考虑越界问题，容量问题，那么对应的操作就很简单了，另外当需要师兄栈和队列的时候是官方推荐的ArrayDeque。