【java容器的刻意练习】【七】LinkedList增删查改

上一篇我们知道了LinkedList的数据结构是双向链表,所以优缺点与双向链表类似。国际惯例,先上结论。

增删查改的优缺点

优点:

  • add(E)addFirst(E)addLast(E)这三个添加元素函数,不需查找直接添加,时间复杂度O(1),而且不需要自动扩容
  • 删除头尾效率高。remove()删除元素,后面的元素需要逐个移动,时间复杂度O(N)。

缺点:

  • 按索引或者内容删除,都比较慢。remove(int index)通过折半查找所需节点O(N/2);remove(Object o)通过顺序查找所需节点O(N)。
  • 插入效率较低。add(index, E) 通过折半查找后再添加,时间复杂度O(N/2)。
  • 内容查找get(index) 折半查找查找,很慢,时间复杂度 O(N/2)。
  • 内容修改set(index, o) 折半查找查找再修改,很慢,时间复杂度 O(N/2)。
优缺点源码级解读
一、添加元素

add(E)在上一篇已经分析过了,调用了内部保护函数linkLast,直接添加到双向链表最后面。

来看看addFirst(E)

    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

原来调用了内部私有函数linkFirst(E e)

    /**
     * Links e as first element.
     */
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

功能和linkedLast类似,先用临时引用f保存上一次第一个节点,然后把双向链表头first引用指向新的节点,新节点与上一次的第一个节点相互前后指向,这样新节点就是第一个节点。上一次的第一个节点就变成第二个节点。

addLast(E)就是调用linkedLast,就不再详述了。

接下来看add(index, E),指定位置的插入。

    /**
     * Inserts the specified element at the specified position in this list.
     * Shifts the element currently at that position (if any) and any
     * subsequent elements to the right (adds one to their indices).
     *
     * @param index index at which the specified element is to be inserted
     * @param element element to be inserted
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

如果插入的位置是链表尾,就直接调用linkLast,否者就调用linkBefore。这个linkedBefore究竟做了啥,而且有一个参数是node(index),看样子是通过index获取节点?

我们先看node(index)

    /**
     * Returns the (non-null) Node at the specified element index.
     */
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

原来,从双向链表根据传进来的位置,从中间开始往前或者往后找到需要的节点,那么,时间复杂度就是O(N/2),省略掉常数可以简单记忆为O(N)。

知道了node(index)是获取index对应的节点Node,然后传进linkBefore,把新元素插入到找到的节点前面。

    /**
     * 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++;
    }

现在我们知道,add(E)addFirst(E)addLast(E)这三个添加元素函数,不需查找直接添加,时间复杂度O(1),而且不需要自动扩容。而 add(index, E) 通过折半查找后再添加,时间复杂度O(N/2),省略掉常数可以简单记忆为O(N)。

双向链表add
二、删除元素

先看remove()

   public E remove() {
        return removeFirst();
    }

    public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

很简单,原来是把第一个节点传入unlinkFirst(f)删除掉。来看看``unlinkFirst(f)`。

    /**
     * Unlinks non-null first node f.
     */
    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;

        final E element = f.item;

        // 临时节点引用指向待删除元素的下一个节点
        final Node<E> next = f.next;

        // 把该节点清空,方便JVM垃圾回收
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC

        // 按需改变头尾引用
        first = next;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

到这里,我们知道,这个remove()删除双向链表第一个节点,非常快,时间复杂度O(1)。

再看remove(int index)remove(Object o)

    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

remove(int index)remove(Object o)都是把需要删除的节点传给unlink(Node<E> x)。前者通过折半查找所需节点;后者通过顺序查找所需节点。

    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;

        // 把临时节点引用指向需要删除的节点
        final E element = x.item;

        // 把临时节点引用指向下一个节点前后
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;

        // 按需处理首尾引用
        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;
    }

现在我们知道,remove()不用查找,直接删除第一个节点,时间复杂度O(1)。remove(int index)通过折半查找后再添加,时间复杂度O(N/2)。remove(Object o)通过顺序查找,时间复杂度为O(N)。

三、查找元素get(int index)
    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

很简单,就是调用node(index)函数,那还是折半查找,时间复杂度为O(N/2)。就不再详述了。

四、修改元素set(int index, E element)
    public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

同样调用node(index)函数,那还是折半查找,时间复杂度为O(N/2)。就不再详述了。

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