ArrayDeque_适合小白学习编程的网站

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ArrayDeque

在编写cs61b问题时，作者惊讶于为什么会有这种数据结构，于是进行了一番搜索，并发现了ArrayDeque这个有趣的容器。作者将相关信息进行了搬运。

在ArrayDeque类中，实现了Java Queue和Java Deque两个接口。

该容器使用数组来存储数据，并使用两个int值head和tail来表示头部和尾部。需要注意的是，tail并不是指尾部元素的索引，而是指向下一个要添加的元素索引。

ArrayDeque有三个构造函数用于初始化，其中无参构造函数使用了默认容量，而其他两个构造函数通过allocateElements函数计算初始容量。

数组的大小有一个特殊规则，它必须为2的n次方（2^n）。下面我们来看看allocateElements方法的实现。

(1)对于小于2^30的值，通过五次右移和位或操作，可以得到一个2^k - 1的值。最后将这个值+1，得到2^k。通过这个方法，可以将任意初始值转化为2^n的形式。(2)不过缺点是，如果传入的值已经是2^n，经过转化后会变成2^(n+1)，所以我们不需要刻意传入2^n的值。(3)如果传入的值大于等于2^30，经过转化后会变成负值，即小于0。此时将初始值设置为2^30，即最大容量只有2^30。

在ArrayDeque中，数组被当做环形来使用。在正常情况下，在末尾添加元素后，tail=tail+1需要进行越界判断。如果越界，将tail设置为0，从索引0开始添加元素。例如，当元素H添加到索引7后，tail值会+1，此时tail=8，但是越界了，所以需要将tail设置为0。

我们来看看(tail + 1) & (elements.length - 1)这个表达式的正确性：

当tail+1

因此，通过(tail + 1) & (elements.length - 1)可以在环形数组中获取正确的索引值，然后判断新的tail是否等于head。如果结果为true，说明数组已经满了，需要进行扩容，即调用doubleCapacity()方法。

该原理相当于addLast方法。

无论是从头部还是尾部添加元素，都会判断tail==head。如果两个索引相遇，说明数组空间已满，需要进行扩容操作。

ArrayDeque支持从头部和尾部移除元素。

前文讲述了如何实现ArrayDeque，但Java标准库已经为我们准备好了，我们只需要按照规则使用即可。

add() - 将指定元素插入ArrayDeque双端队列的末尾

addFirst() - 在ArrayDeque双端队列的开头插入指定元素

addLast() - 在ArrayDeque双端队列的末尾插入指定内容（等效于add()）

注意：如果ArrayDeque双端队列已满，则以上所有方法（add()、addFirst()和addLast()）都会抛出IllegalStateException异常。

offer() - 将指定元素插入ArrayDeque双端队列的末尾

offerFirst() - 在ArrayDeque双端队列的开头插入指定元素

offerLast() - 将指定元素插入ArrayDeque双端队列的末尾

注意：offer()、offerFirst()和offerLast()返回true表示成功插入元素；否则返回false。如果ArrayDeque双端队列已满，则这些方法返回false。

getFirst() - 返回ArrayDeque双端队列的第一个元素

getLast() - 返回ArrayDeque双端队列的最后一个元素

注：如果ArrayDeque双端队列为空，getFirst()和getLast()会抛出NoSuchElementException异常。

peek() - 返回ArrayDeque双端队列的第一个元素

peekFirst() - 返回ArrayDeque双端队列的第一个元素（等效于peek()）

peekLast() - 返回ArrayDeque双端队列的最后一个元素

注：如果ArrayDeque双端队列为空，peek()、peekFirst()和getLast()会抛出NoSuchElementException异常。

remove() - 返回并从ArrayDeque双端队列的第一个元素中删除一个元素

remove(element) - 返回并从ArrayDeque双端队列的头部删除指定元素

removeFirst() - 返回并从ArrayDeque双端队列中删除第一个元素（等效于remove()）

removeLast() - 返回并从ArrayDeque双端队列中删除最后一个元素

注意：如果ArrayDeque双端队列为空，remove()、removeFirst()和removeLast()方法会抛出异常。另外，如果找不到元素，remove(element)方法也会抛出异常。

poll() - 返回并删除ArrayDeque双端队列的第一个元素

pollFirst() - 返回并删除ArrayDeque双端队列的第一个元素（等效于poll()）

pollLast() - 返回并删除ArrayDeque双端队列的最后一个元素

注意：如果ArrayDeque双端队列为空，如果找不到该元素，poll()、pollFirst()和pollLast()返回null。

删除所有元素的方法如下：

iterator() - 返回一个用于遍历ArrayDeque双端队列的迭代器

descendingIterator() - 返回一个用于以相反顺序遍历ArrayDeque双端队列的迭代器

注：为了使用这些方法，我们必须导入java.util.Iterator包。使用迭代器的方法如下：

element() - 从ArrayDeque双端队列的头部返回一个元素

contains(element) - 在ArrayDeque双端队列中搜索指定元素。如果找到该元素，则返回true，否则返回false。

size() - 返回ArrayDeque双端队列的长度。

toArray() - 将ArrayDeque双端队列转换为数组并返回。

clone() - 创建ArrayDeque双端队列的副本并返回它。

push() - 在堆栈顶部添加一个元素

peek() - 从堆栈顶部返回一个元素

pop() - 返回并从堆栈顶部删除元素

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