双端列表 —— Deque 接口概述，使用ArrayDeque实现队列和双端队列数据结构

Deque接口简介

Deque译为双端队列，在双向都能作为队列来使用，同时可用作栈。Deque接口的方法是对称成比例的。
Deque接口继承Queue接口，因此具有Queue，Collection，Iterable的方法属性。

双端队列的工作原理

在常规队列中，元素是从后面添加的，而从前面删除的。但是，在双端队列中，我们可以从前后插入和删除元素。

双端队列数据结构的工作

实现Deque的类

为了使用Deque接口的功能，我们需要使用实现接口的类：

  • ArrayDeque

  • LinkedList

ArrayDeque和Linkedlist实现Deque

如何使用Deque？

在Java中，我们必须导入要使用Deque的包 java.util.Deque 。

Deque<String> animal1 = new ArrayDeque<>();Deque<String> animal2 = new LinkedList<>();

在这里，我们分别创建了类ArrayDeque和LinkedList的对象animal1和animal2。 这些对象可以使用Deque接口的功能。

Deque的方法

Deque接口定义了以下方法：

方法描述
void addFirst(E e)将元素插入此deque的开头
void addLast(E e)将元素插入此deque的末尾
boolean offerFirst(E e)在此deque的开头插入指定元素。
boolean offerLast(E e)在此deque的末尾插入指定元素。
E removeFirst()检索并删除此deque的第一个元素
E removeLast()检索并删除此deque的最后一个元素
E pollFirst()检索并删除此deque的第一个元素；如果deque为空，则返回null
E pollLast()检索并删除此deque的最后一个元素；如果deque为空，则返回null
E getFirst()检索但不删除此deque的第一个元素。
E getLast()检索但不删除此deque的最后一个元素。
E peekFirst()检索但不删除此deque的第一个元素；如果deque为空，则返回null
E peekLast()检索但不删除此deque的最后一个元素；如果deque为空，则返回null
boolean removeFirstOccurrence(Object o)从deque中删除第一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历deque时）。
boolean removeLastOccurrence(Object o)从deque中删除最后一次出现的指定元素（从头部到尾部遍历deque时）。
boolean add(E e)将指定元素添加到此deque的末尾。
boolean offer(E e)将指定元素添加到此deque的末尾。
E remove()检索并删除此deque的头部。
E poll()检索并删除此deque的头部；如果deque为空，则返回null。
E element()检索但不删除此deque的头部。
E peek()检索但不删除此deque的头部；如果deque为空，则返回null。
void push(E e)将元素推入此deque的堆栈层次结构中，也就是在deque的头部插入一个元素。
E pop()从此deque表示的堆栈处弹出一个元素，也就是把deque的头部元素移除掉。
boolean contains(Object o)如果此deque包含指定元素，则返回true。
int size()返回deque中的元素数。
Iterator<E> iterator()返回一个按元素插入顺序遍历此deque中元素的迭代器。
Iterator<E> descendingIterator()返回一个按元素逆序遍历此deque中元素的迭代器。

双端队列作为堆栈数据结构

Java Collections框架的Stack类提供了堆栈的实现。

但是，建议Deque用作堆栈而不是Stack类。这是因为Stack的方法是同步的。

以下是Deque接口提供的用于实现堆栈的方法：

  • push() - 在双端队列的开头添加元素

  • pop() - 从双端队列的开头删除元素

  • peek() - 从双端队列的开头返回一个元素

Deque是可以用作栈或队列的，具体是哪个取决于使用哪些方法。下面是一些示例代码，演示了如何使用Deque接口。

1. 使用Deque作为队列

import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;public class Deque{public static void main(String[] args) {Deque<String> queue = new LinkedList<>();// 添加元素到队列queue.add("Java");queue.add("C++");queue.add("Python");// 获取队列的第一个元素，不删除System.out.println("First element of queue: " + queue.peek());// 获取并删除队首元素String firstElement = queue.poll();System.out.println("Removed first element of queue: " + firstElement);// 队列中添加一个新元素queue.offer("JavaScript");// 遍历队列中的元素System.out.println("All elements of queue:");for (String element : queue) {System.out.println(element);}}
}

此代码将Deque用作队列，使用add方法添加元素，并使用peek获取第一个元素。然后，使用poll方法删除并获取队列中的第一个元素，并使用offer方法将新元素添加到队列末尾。最后，使用for-each循环遍历队列中的所有元素。

2. 使用Deque作为栈

import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;public class Deque{public static void main(String[] args) {Deque<String> stack = new LinkedList<>();// 将元素推入栈中stack.push("Java");stack.push("C++");stack.push("Python");// 获取栈顶元素，不删除System.out.println("Top element of stack: " + stack.peek());// 获取并删除栈顶元素String topElement = stack.pop();System.out.println("Removed top element of stack: " + topElement);// 将新元素推入栈中stack.push("JavaScript");// 遍历栈中的所有元素System.out.println("All elements of stack:");for (String element : stack) {System.out.println(element);}}
}

此代码演示了如何将Deque用作栈。它使用push方法将元素推入栈中，并使用peek获取栈顶元素。然后，使用pop方法获取并删除栈顶元素，并使用push方法将新元素推入栈顶。最后，使用for-each循环遍历栈中的所有元素。

创建ArrayDeque

为了创建ArrayDeque双端队列，我们必须导入java.util.ArrayDeque包。

这是我们可以用Java创建ArrayDeque双端队列的方法：

ArrayDeque<Type> animal = new ArrayDeque<>();

在此，Type表示ArrayDeque双端队列的类型。例如，

//创建字符串类型ArrayDeque
ArrayDeque<String> animals = new ArrayDeque<>();//创建整数类型ArrayDeque
ArrayDeque<Integer> age = new ArrayDeque<>();

ArrayDeque方法

ArrayDeque类提供了所有的存在于方法Queue和Deque接口。

将元素插入双端队列

1.使用add()，addFirst()和addLast()添加元素

  • add() - 将指定的元素插入ArrayDeque双端队列的末尾

  • addFirst() -在ArrayDeque双端队列的开头，插入指定的元素

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

注意：如果ArrayDeque双端队列已满，则所有这些方法add()，addFirst()和addLast()都会引发IllegalStateException。

例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();//使用add ()animals.add("Dog");//使用addFirst ()animals.addFirst("Cat");//使用addLast()animals.addLast("Horse");System.out.println("ArrayDeque: " + animals);}
}

输出结果

ArrayDeque: [Cat, Dog, Horse]

2.使用 offer()，offerFirst()和offerLast()插入元素

  • offer() - 将指定的元素插入ArrayDeque双端队列的末尾

  • offerFirst() - 在ArrayDeque双端队列的开始处插入指定的元素

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

注意： offer()，offerFirst()并offerLast()返回true是否成功插入元素；否则，返回。如果ArrayDeque双端队列已满，则这些方法返回false。

例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();//使用offer()animals.offer("Dog");//使用offerFirst()animals.offerFirst("Cat");//使用offerLast()animals.offerLast("Horse");System.out.println("ArrayDeque: " + animals);}
}

输出结果

ArrayDeque: [Cat, Dog, Horse]

访问ArrayDeque元素

1.使用getFirst()和getLast()访问元素

  • 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()抛出NoSuchElementException。

例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();animals.add("Dog");animals.add("Cat");animals.add("Horse");System.out.println("ArrayDeque: " + animals);// 获取第一个元素String firstElement = animals.getFirst();System.out.println("第一个元素： " + firstElement);//获取最后一个元素String lastElement = animals.getLast();System.out.println("最后一个元素： " + lastElement);}
}

输出结果

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
第一个元素： Dog
最后一个元素： Horse

2.使用peek()，peekFirst()和peekLast()方法访问元素

  • 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

例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();animals.add("Dog");animals.add("Cat");animals.add("Horse");System.out.println("ArrayDeque: " + animals);//使用peek()String element = animals.peek();System.out.println("头元素： " + element);//使用peekFirst()String firstElement = animals.peekFirst();System.out.println("第一个元素： " + firstElement);//使用peekLastString lastElement = animals.peekLast();System.out.println("最后一个元素： " + lastElement);}
}

输出结果

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
Head Element: Dog
第一个元素： Dog
最后一个元素： Horse

注意：如果ArrayDeque双端队列为空，peek()，peekFirst()和getLast()抛出NoSuchElementException。

删除 ArrayDeque 元素

1.使用remove()，removeFirst()，removeLast()方法删除元素

  • 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的元素

  • 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：如果数组双端队列为空，则remove()，removeFirst()和removeLast()方法将引发异常。 另外，如果找不到元素，则remove(element)会引发异常。

例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();animals.add("Dog");animals.add("Cat");animals.add("Cow");animals.add("Horse");System.out.println("ArrayDeque: " + animals);//使用remove()String element = animals.remove();System.out.println("删除Element: " + element);System.out.println("新的ArrayDeque： " + animals);//使用removeFirst()String firstElement = animals.removeFirst();System.out.println("删除第一个元素： " + firstElement);//使用removeLast()String lastElement = animals.removeLast();System.out.println("删除最后一个元素： " + lastElement);}
}

输出结果

ArrayDeque: [Dog, Cat, Cow, Horse]
删除Element: Dog
新的ArrayDeque： [Cat, Cow, Horse]
删除第一个元素： Cat
删除最后一个元素： Horse

2.使用poll()，pollFirst()和pollLast()方法删除元素

  • 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，则如果找不到该元素，则poll()，pollFirst()和pollLast()返回null。

例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();animals.add("Dog");animals.add("Cat");animals.add("Cow");animals.add("Horse");System.out.println("ArrayDeque: " + animals);//使用poll()String element = animals.poll();System.out.println("删除Element: " + element);System.out.println("新的ArrayDeque： " + animals);//使用pollFirst()String firstElement = animals.pollFirst();System.out.println("删除第一个元素： " + firstElement);//使用pollLast()String lastElement = animals.pollLast();System.out.println("删除最后一个元素： " + lastElement);}
}

输出结果

ArrayDeque: [Dog, Cat, Cow, Horse]
删除Element: Dog
新的ArrayDeque： [Cat, Cow, Horse]
删除第一个元素： Cat
删除最后一个元素： Horse

3.删除元素：使用clear()方法

要从ArrayDeque双端队列中删除所有元素，我们使用clear()方法。例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();animals.add("Dog");animals.add("Cat");animals.add("Horse");System.out.println("ArrayDeque: " + animals);//使用clear()animals.clear();System.out.println("新的ArrayDeque： " + animals);}
}

输出结果

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
新的ArrayDeque： []

迭代遍历ArrayDeque

  • iterator() - 返回可用于遍历ArrayDeque双端队列的迭代器

  • descendingIterator() -返回一个迭代器，该迭代器可用于以相反顺序遍历ArrayDeque双端队列

为了使用这些方法，我们必须导入java.util.Iterator包。例如：

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Iterator;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> animals= new ArrayDeque<>();animals.add("Dog");animals.add("Cat");animals.add("Horse");System.out.print("ArrayDeque: ");//使用iterator()Iterator<String> iterate = animals.iterator();while(iterate.hasNext()) {System.out.print(iterate.next());System.out.print(", ");}System.out.print("\n反向ArrayDeque: ");//使用descendingIterator()Iterator<String> desIterate = animals.descendingIterator();while(desIterate.hasNext()) {System.out.print(desIterate.next());System.out.print(", ");}}
}

输出结果

ArrayDeque: [Dog, Cat, Horse]
反向ArrayDeque: [Horse, Cat, Dog]

其他方法

方法内容描述
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的元素。
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。

ArrayDeque作为堆栈

要在Java中实现LIFO（后进先出）堆栈，建议在Stack类上使用双端队列。该ArrayDeque类比Stack类快。

ArrayDeque 提供了以下可用于实现堆栈的方法。

  • 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

例如：

import java.util.ArrayDeque;class Main {public static void main(String[] args) {ArrayDeque<String> stack = new ArrayDeque<>();//将元素添加到stackstack.push("Dog");stack.push("Cat");stack.push("Horse");System.out.println("Stack: " + stack);//从堆栈顶部访问元素String element = stack.peek();System.out.println("访问元素： " + element);//从堆栈顶部删除元素String remElement = stack.pop();System.out.println("删除element: " + remElement);}
}

输出结果

Stack: [Horse, Cat, Dog]
访问元素： Horse
删除Element: Horse

ArrayDeque与 LinkedList类

ArrayDeque和Java的LinkedList都实现了Deque接口。但是，它们之间存在一些差异。

  • LinkedList支持空元素，而ArrayDeque不支持。

  • 链表中的每个节点都包含到其他节点的链接。这就是LinkedList比ArrayDeque需要更多存储空间的原因。

  • 如果要实现队列或双端队列数据结构，则ArrayDeque可能比LinkedList快。

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