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详解链表、栈、队列等数据结构_链表和队列

链表和队列

目录

一、数据结构是用来干什么的?

二、我们接触过哪些数据结构?

三、线性表有哪些?

构造方法

add元素到尾部

add元素到指定位置

remove移除

链表

三个重要的属性

单个节点node内容

头部插入和尾部插入一个节点

指定位置插入新的节点

栈(stack)

入栈 push

队列 Queue


一、数据结构是用来干什么的?

      简单的来说,数据结构是把大量的数据按照一定的规范和约束,放到一起。方便我们查找和二次使用。

二、我们接触过哪些数据结构?

       线性表和树状图

三、线性表有哪些?

      顺序表、链表、栈和队列


      顺序表:

      顺序表是我们最常见的数据结构,数组的存储就是使用顺序表。

      说明:里面存储的元素,他们的类型,都是存在相同类型的关系,并且紧挨着连接起来的。除掉首元素和尾元素,每个元素前后都有相邻的元素。这样的我们就叫做顺序表

      特点:查询快,因为是数组,直接下标出。插入和移除就比较慢了。因为要移动、复制数组,很麻烦。

 

例如:ArrayList本质上就是数组,他就是使用的顺序表。下面我们详细看看他的源码。

/**

* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.

* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any

* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA

* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.

 存储arrayList数组的缓冲区

*/

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

/**

* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).

*

* @serial

*/

private int size;

 

构造方法

public ArrayList(int initialCapacity) {

    if (initialCapacity > 0) {

        this.elementData = new Object[initialCapacity];

    } else if (initialCapacity == 0) {

        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

    } else {

        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+

                                           initialCapacity);

    }

}

add元素到尾部

public boolean add(E e) {

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! 判断数组的大小,不够的话,自动扩容

    elementData[size++] = e;

    return true;

}

add元素到指定位置

public void add(int index, E element) {

    rangeCheckForAdd(index);  // 检查插入位置有没有超过数组大小

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!

    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,

                     size - index);

    elementData[index] = element; // 扩容后,将插入点后面的元素往后移动一个位置,通过System.arraycopy复制方式实现

    size++;

}


remove移除

 

public E remove(int index) {

    rangeCheck(index);

    modCount++;

    E oldValue = elementData(index);

    int numMoved = size - index - 1;

    if (numMoved > 0)

        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

                         numMoved);

    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;

}

链表

    任何的数据类型都可以通过最基本的数组和指针构造。链表也不例外,相比于数组,数组则是定长的,不管存储的满否,都申请了一定大小的内存空间,而链表则不是,链表的空间是随用随申请,数据的位置相比于数组,其实不连续的,一般来说,需要在元素上指定下一个元素的指针,来达成链接关系。

    说明:每个元素上都有一块位置用于指向下一个元素(指针)

    链表还是比较适合于快速增加、删除、不适合于索引。因为需要全盘遍历

下面就是一个单项链表

 

 

链表在JAVA 当中最具代表性的就是 LinkedList(双向链表),就是每个元素会带有它的上一个节点和下一个节点的指针

 

三个重要的属性

transient int size = 0;

/**

* Pointer to first node.

* Invariant: (first == null && last == null) ||

*            (first.prev == null && first.item != null)

*/

transient Node<E> first; // 集合的第1个节点

/**

* Pointer to last node.

* Invariant: (first == null && last == null) ||

*            (last.next == null && last.item != null)

*/

transient Node<E> last; // 集合的最后一个节点

单个节点node内容

private static class Node<E> {

    E item;

    Node<E> next;

    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {

        this.item = element;

        this.next = next;

        this.prev = prev;

    }

}

头部插入和尾部插入一个节点

/**

* Links e as first element.

*/

private void linkFirst(E e) {

    final Node<E> f = first; // 拿到原来的第一个节点

    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); // 创建一个新的节点

    first = newNode; // 第一个节点变成新增的

    if (f == null)

        last = newNode;

    else

        f.prev = newNode; // 原来的第一个节点的前置节点设置为新增的节点

    size++;

    modCount++;

}

/**

* Links e as last element.

*/

void linkLast(E e) {

    final Node<E> l = last;

    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);

    last = newNode;

    if (l == null)

        first = newNode;

    else

        l.next = newNode;

    size++;

    modCount++;

}

 

指定位置插入新的节点

/**

* Inserts element e before non-null Node succ.

*/

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {

    // assert succ != null;

    final Node<E> pred = succ.prev;

    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);

    succ.prev = newNode;

    if (pred == null)

        first = newNode;

    else

        pred.next = newNode;

    size++;

    modCount++;

}

 

 

栈(stack)

栈还是按照数组为基础实现的,只不过它是一个半开的数组,怎么理解这个半开的数组呢,如图,就好像一个瓶子一样,往里面丢元素,先进后出原则。

方法a{

    方法b{

        方法c{

            方法d{

            }        

        }

    }

}

 

入栈 push

将一个元素加入的栈里面,此时的元素是最外层的一个元素,此时执行出栈命令,则这个元素会被删除并返回

出栈 pop

删除此堆栈顶部的对象,并将该对象作为此函数的值返回。

查看 peek

通过 peek 查看当前栈顶的元素,只是查看,并不执行删除


队列 Queue

队列遵循先进先出原则

队列还提供额外的插入,提取和检查操作。这些方法中的每一种都有两种形式:如果操作失败,则抛出一个异常,另一种返回一个特殊值(null或false,具体取决于操作)。

 

这里使用 ArrayBlockingQueue 以数组实现的阻塞队列

BlockingQueue<String> strings = new ArrayBlockingQueue<String>(2);

一个有限的blocking queue由数组支持。 这个队列排列元素FIFO(先进先出)。 队列的头部是队列中最长的元素。 队列的尾部是队列中最短时间的元素。 新元素插入队列的尾部,队列检索操作获取队列头部的元素。

这是一个经典的“有界缓冲区”,其中固定大小的数组保存由生产者插入的元素并由消费者提取。 创建后,容量无法更改

入队 add()/offer()/put()

add 和 offer 都可以将元素加入到队列中。但是add 在超过队列容量的时候会抛出异常,offer 则会返回false

而put 操作则会在队列没有空间的时候阻塞,直到队列有空间执行

出队 poll()/take()

poll检索并删除此队列的头,如果此队列为空,则返回 null 。

take 在没有元素的时候则会阻塞

 

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