一、介绍
Java常用的List实现有ArrayList和LinkedList。ArrayList通过数组实现，LinkedList通过链表实现。由于Java中没有指针的概念，所以通过一个对象保存下一对象引用的方式实现链表。
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList
implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable
二、数据成员
LinkedList中保存元素的总数量，每次增删元素都会修改此值。
transient int size = 0;
头指针
/**
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node first;
尾指针
/**
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node last;
三、构造方法
用指定集合构建列表，元素保存的顺序由集合的迭代器输出决定
public LinkedList(Collection c) {
this();
addAll(c); // 若c为空抛空指针异常
}
四、成员方法
4.1 头插法、尾插法、选择插入
把元素作为第一个节点进入列表
private void linkFirst(E e) {
final Node f = first;
final Node newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
把元素作为最后一个节点加入
void linkLast(E e) {
final Node l = last;
final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
把元素添加到列表的首位
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
把元素添加到列表的末尾
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
在一个非空节点之前插入元素：
void linkBefore(E e, Node succ) {
// succ的前一个节点pred
final Node pred = succ.prev;
// 在pred和succ创建并插入一个新的节点
final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
// 把succ向前方向的指针从指向pred改为指向newNode
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
4.2 解除链接
解链接第一个非空的节点，私有方法
private E unlinkFirst(Node f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // 帮助GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
解链接最后一个非空节点，私有方法
private E unlinkLast(Node l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // 帮助GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
解连接非空节点
E unlink(Node x) {
final E element = x.item;
final Node next = x.next;
final Node prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
4.3 获取头元素和尾元素
获取列表的第一个元素
public E getFirst() {
final Node f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
获取列表的最后一个元素，由于有尾指针，所以不需要整条链表遍历，时间复杂度o(1)。
public E getLast() {
final Node l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
4.4 移除头元素和尾元素
如果仅有一个元素，那么头指针和尾指针指向的是同一个元素。头指针为空或尾指针为空，有且只有在列表为空时成立，并且是同时成立。
// 移除并返回列表的第一个元素
public E removeFirst() {
final Node f = first;
// 列表是空的，没有元素可以移除，抛出异常
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
// 移除并返回列表的最后一个元素
public E removeLast() {
final Node l = last;
// 列表是空的，没有元素可以移除，抛出异常
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
4.5 增删查改
// 当列表中至少存在一个该对象时返回true，否则返回false
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) != -1;
}
// 返回列表元素的数量
public int size() {
return size;
}
// 把指定元素附加到列表最后，和addLast()一样，尾插法
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
// 从列表中移除第一个与对象o相同且存在的元素。如果列表不存在该元素，列表数据不会修改。
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
// 把集合中所有元素通过尾插法插入到列表中，插入的顺序由集合的迭代器决定。
// 如果列表正在加入集合的元素，同时集合本身元素也在变化，那么导致的最终
// 结果是不可预知的。
public boolean addAll(Collection c) {
return addAll(size, c);
}
// 把集合中所有元素通过尾插法插入到列表中，插入的顺序由集合的迭代器决定。
// 如果列表正在加入集合的元素，同时集合本身元素也在变化，那么导致的最终
// 结果是不可预知的。
public boolean addAll(int index, Collection c) {
checkPositionIndex(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node pred, succ;
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
// 移除列表中所有元素，方法执行结束后列表为空
public void clear() {
for (Node x = first; x != null; ) {
Node next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
五、指定下标操作
// 返回指定下标的元素
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
// 使用特定元素替换列表中指定元素
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
// 在列表的指定位置插入指定元素，并把原位置元素后移
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
// 在列表中移除指定位置的元素，被移除的元素作为结果返回。
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
// 检查参数index是否为一个存在元素的索引值
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
// 检查参数index是否是一个迭代器的有效索引值或是一个添加操作
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
// 返回指定索引位置的非空节点
Node node(int index) {
// 检查索引值，如果小于列表元素数量的一半，就从头部顺序遍历
if (index < (size >> 1)) {
Node x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { // 否则就从尾部倒序遍历
Node x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
// 查找遇到的第一个与指定元素相同的节点的下标
// 列表不包含该元素则返回-1
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
// 如果o为空，就查找第一个遇到item为null的节点的下标
if (o == null) {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
// 否则会对标每个节点下的item是否与指定对象一致
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
// 查找遇到的最后一个与指定元素相同的节点的下标
// 列表不包含该元素则返回-1
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
// 否则会对标每个节点下的item是否与指定对象一致
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}
// 获取头指针指向的节点的item，该操作不会移除节点
public E peek() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
// 获取头指针指向的节点的item，该操作不会移除节点
public E element() {
return getFirst();
}
// 获取头指针指向的节点的item，该操作会移除节点
public E poll() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// 取出并移除列表的头结点
public E remove() {
return removeFirst();
}
// 把元素作为尾节点添加到列表中
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
// 把元素作为列表头结点加入
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
// 把元素作为列表的尾节点加入
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
// 获取但不移除列表的第一个节点元素，列表为空返回null
public E peekFirst() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
// 获取但不移除列表的第一个节点元素，列表为空返回null
public E peekLast() {
final Node l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
// 获取并移除列表的第一个节点元素，列表为空返回null
public E pollFirst() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// 获取并移除列表的最后一个节点元素，列表为空返回null
public E pollLast() {
final Node l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
// 把一个元素压到一个相当于栈的列表里面。换句话说，就是在列表首位插入元素
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
// 把一个元素从一个相当于栈的列表中弹出。换句话说，就是移除并返回列表的第一个元素
// 这个功能相当于removeFirst()
public E pop() {
return removeFirst();
}
// 移除第一个包含指定实例的节点，成功返回true，否者返回false，且列表不做改变
// 此方法顺序遍历
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return remove(o);
}
// 移除最后一个包含指定实例的节点，成功返回true，否者返回false，且列表不做改变
// 此方法倒序遍历
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
if (o == null) {
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
六、链表节点模型
这是双向链表的模型，包含前一个节点的指针，下一个节点的指针，和该节点持有的实例。
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;
}
}
七、倒序迭代器
public Iterator descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}
/**
* Adapter to provide descending iterators via ListItr.previous
*/
private class DescendingIterator implements Iterator {
private final ListItr itr = new ListItr(size());
public boolean hasNext() {
return itr.hasPrevious();
}
public E next() {
return itr.previous();
}
public void remove() {
itr.remove();
}
}
八、列表转数组
返回一个包含所有元素的数组，元素顺序从链表第一位到最后一位。如果列表是空列表，会安全返回一个元素数量为0的有效数组对象。
由于返回的数组与原链表无关，所以对数组的修改不会影响原链表。
public Object[] toArray() {
// 首先构造一个与链表中有效元素数量一致的数组
Object[] result = new Object[size];
int i = 0;
// 顺序遍历链表，把元素按照对应下表放入数组中
for (Node x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
return result;
}
返回一个包含所有链表元素的数组，数组元素保存顺序与链表顺序一致。数组的返回类型由数组声明的类型为准，而不是链表节点保存类型为准。
如果数组空间足够保存所有链表元素，则正常返回传入数组，否则会创建一个与数组类型一致，容量与链表长度一致的新数组。
如果传入数组的容量大于链表的长度，则当最后一个链表节点存入数组位置
下一个数组空间会被置为null。这样有助于计算数组实际包含的元素数。
@SuppressWarnings("unchecked")
public T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
// 通过反射构造一个新的，有足够空间的新数组
a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
a.getClass().getComponentType(), size);
int i = 0;
Object[] result = a;
for (Node x = first; x != null; x = x.next)
result[i++] = x.item;
// 还有剩余的数组空间，则把第一个遇到的空闲空间置为null
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}