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Resizable-array implementation of the Deque interface

/*  * Written by Josh Bloch of Google Inc. and released to the public domain,  * as explained at http://creativecommons.org/licenses/publicdomain.  */ //package xbird.util.concurrent.jsr166; import java.io.IOException; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.io.Serializable; import java.util.AbstractCollection; import java.util.Collection; import java.util.ConcurrentModificationException; import java.util.Deque; import java.util.Iterator; import java.util.LinkedList; import java.util.NoSuchElementException; import java.util.Queue; import java.util.Stack; /**  * Resizable-array implementation of the {@link Deque} interface.  Array  * deques have no capacity restrictions; they grow as necessary to support  * usage.  They are not thread-safe; in the absence of external  * synchronization, they do not support concurrent access by multiple threads.  * Null elements are prohibited.  This class is likely to be faster than  * {@link Stack} when used as as a stack, and faster than {@link LinkedList}  * when used as a queue.  *  * <p>Most <tt>ArrayDeque</tt> operations run in amortized constant time.  * Exceptions include {@link #remove(Object) remove}, {@link  * #removeFirstOccurrence removeFirstOccurrence}, {@link #removeLastOccurrence  * removeLastOccurrence}, {@link #contains contains }, {@link #iterator  * iterator.remove()}, and the bulk operations, all of which run in linear  * time.  *  * <p>The iterators returned by this class's <tt>iterator</tt> method are  * <i>fail-fast</i>: If the deque is modified at any time after the iterator  * is created, in any way except through the iterator's own remove method, the  * iterator will generally throw a {@link ConcurrentModificationException}.  * Thus, in the face of concurrent modification, the iterator fails quickly  * and cleanly, rather than risking arbitrary, non-deterministic behavior at  * an undetermined time in the future.  *  * <p>Note that the fail-fast behavior of an iterator cannot be guaranteed  * as it is, generally speaking, impossible to make any hard guarantees in the  * presence of unsynchronized concurrent modification.  Fail-fast iterators  * throw <tt>ConcurrentModificationException</tt> on a best-effort basis.   * Therefore, it would be wrong to write a program that depended on this  * exception for its correctness: <i>the fail-fast behavior of iterators  * should be used only to detect bugs.</i>  *  * <p>This class and its iterator implement all of the  * optional methods of the {@link Collection} and {@link  * Iterator} interfaces.  This class is a member of the <a  * href="{@docRoot}/../guide/collections/index.html"> Java Collections  * Framework</a>.  *  * @author  Josh Bloch and Doug Lea  * @since   1.6  * @param <E> the type of elements held in this collection  */ public class ArrayDeque<E> extends AbstractCollection<E>         implements Deque<E>, Cloneable, Serializable {     /**      * The array in which the elements of in the deque are stored.      * The capacity of the deque is the length of this array, which is      * always a power of two. The array is never allowed to become      * full, except transiently within an addX method where it is      * resized (see doubleCapacity) immediately upon becoming full,      * thus avoiding head and tail wrapping around to equal each      * other.  We also guarantee that all array cells not holding      * deque elements are always null.      */     private transient E[] elements;     /**      * The index of the element at the head of the deque (which is the      * element that would be removed by remove() or pop()); or an      * arbitrary number equal to tail if the deque is empty.      */     private transient int head;     /**      * The index at which the next element would be added to the tail      * of the deque (via addLast(E), add(E), or push(E)).      */     private transient int tail;     /**      * The minimum capacity that we'll use for a newly created deque.      * Must be a power of 2.      */     private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8;     // ******  Array allocation and resizing utilities ******     /**      * Allocate empty array to hold the given number of elements.      *      * @param numElements  the number of elements to hold.      */     private void allocateElements(int numElements) {         int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;         // Find the best power of two to hold elements.         // Tests "<=" because arrays aren't kept full.         if(numElements >= initialCapacity) {             initialCapacity = numElements;             initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1);             initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2);             initialCapacity |= (initialCapacity >>> 4);             initialCapacity |= (initialCapacity >>> 8);             initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);             initialCapacity++;             if(initialCapacity < 0) // Too many elements, must back off                 initialCapacity >>>= 1;// Good luck allocating 2 ^ 30 elements         }         elements = (E[]) new Object[initialCapacity];     }     /**      * Double the capacity of this deque.  Call only when full, i.e.,      * when head and tail have wrapped around to become equal.      */     private void doubleCapacity() {         assert head == tail;         int p = head;         int n = elements.length;         int r = n - p; // number of elements to the right of p         int newCapacity = n << 1;         if(newCapacity < 0)             throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");         Object[] a = new Object[newCapacity];         System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);         System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);         elements = (E[]) a;         head = 0;         tail = n;     }     /**      * Copy the elements from our element array into the specified array,      * in order (from first to last element in the deque).  It is assumed      * that the array is large enough to hold all elements in the deque.      *      * @return its argument      */     private <T> T[] copyElements(T[] a) {         if(head < tail) {             System.arraycopy(elements, head, a, 0, size());         } else if(head > tail) {             int headPortionLen = elements.length - head;             System.arraycopy(elements, head, a, 0, headPortionLen);             System.arraycopy(elements, 0, a, headPortionLen, tail);         }         return a;     }     /**      * Constructs an empty array deque with the an initial capacity      * sufficient to hold 16 elements.      */     public ArrayDeque() {         elements = (E[]) new Object[16];     }     /**      * Constructs an empty array deque with an initial capacity      * sufficient to hold the specified number of elements.      *      * @param numElements  lower bound on initial capacity of the deque      */     public ArrayDeque(int numElements) {         allocateElements(numElements);     }     /**      * Constructs a deque containing the elements of the specified      * collection, in the order they are returned by the collection's      * iterator.  (The first element returned by the collection's      * iterator becomes the first element, or <i>front</i> of the      * deque.)      *      * @param c the collection whose elements are to be placed into the deque      * @throws NullPointerException if the specified collection is null      */     public ArrayDeque(Collection<? extends E> c) {         allocateElements(c.size());         addAll(c);     }     // The main insertion and extraction methods are addFirst,     // addLast, pollFirst, pollLast. The other methods are defined in     // terms of these.     /**      * Inserts the specified element to the front this deque.      *      * @param e the element to insert      * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null      */     public void addFirst(E e) {         if(e == null)             throw new NullPointerException();         elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;         if(head == tail)             doubleCapacity();     }     /**      * Inserts the specified element to the end this deque.      * This method is equivalent to {@link Collection#add} and      * {@link #push}.      *      * @param e the element to insert      * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null      */     public void addLast(E e) {         if(e == null)             throw new NullPointerException();         elements[tail] = e;         if((tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)             doubleCapacity();     }     /**      * Retrieves and removes the first element of this deque, or      * <tt>null</tt> if this deque is empty.      *      * @return the first element of this deque, or <tt>null</tt> if      *     this deque is empty      */     public E pollFirst() {         int h = head;         E result = elements[h]; // Element is null if deque empty         if(result == null)             return null;         elements[h] = null; // Must null out slot         head = (h + 1) & (elements.length - 1);         return result;     }     /**      * Retrieves and removes the last element of this deque, or      * <tt>null</tt> if this deque is empty.      *      * @return the last element of this deque, or <tt>null</tt> if      *     this deque is empty      */     public E pollLast() {         int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);         E result = elements[t];         if(result == null)             return null;         elements[t] = null;         tail = t;         return result;     }     /**      * Inserts the specified element to the front this deque.      *      * @param e the element to insert      * @return <tt>true</tt> (as per the spec for {@link Deque#offerFirst})      * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null      */     public boolean offerFirst(E e) {         addFirst(e);         return true;     }     /**      * Inserts the specified element to the end this deque.      *      * @param e the element to insert      * @return <tt>true</tt> (as per the spec for {@link Deque#offerLast})      * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null      */     public boolean offerLast(E e) {         addLast(e);         return true;     }     /**      * Retrieves and removes the first element of this deque.  This method      * differs from the <tt>pollFirst</tt> method in that it throws an      * exception if this deque is empty.      *      * @return the first element of this deque      * @throws NoSuchElementException if this deque is empty      */     public E removeFirst() {         E x = pollFirst();         if(x == null)             throw new NoSuchElementException();         return x;     }     /**      * Retrieves and removes the last element of this deque.  This method      * differs from the <tt>pollLast</tt> method in that it throws an      * exception if this deque is empty.      *      * @return the last element of this deque      * @throws NoSuchElementException if this deque is empty      */     public E removeLast() {         E x = pollLast();         if(x == null)             throw new NoSuchElementException();         return x;     }     /**      * Retrieves, but does not remove, the first element of this deque,      * returning <tt>null</tt> if this deque is empty.      *      * @return the first element of this deque, or <tt>null</tt> if      *     this deque is empty      */     public E peekFirst() {         return elements[head]; // elements[head] is null if deque empty     }     /**      * Retrieves, but does not remove, the last element of this deque,      * returning <tt>null</tt> if this deque is empty.      *      * @return the last element of this deque, or <tt>null</tt> if this deque      *     is empty      */     public E peekLast() {         return elements[(tail - 1) & (elements.length - 1)];     }     /**      * Retrieves, but does not remove, the first element of this      * deque.  This method differs from the <tt>peek</tt> method only      * in that it throws an exception if this deque is empty.      *      * @return the first element of this deque      * @throws NoSuchElementException if this deque is empty      */     public E getFirst() {         E x = elements[head];         if(x == null)             throw new NoSuchElementException();         return x;     }     /**      * Retrieves, but does not remove, the last element of this      * deque.  This method differs from the <tt>peek</tt> method only      * in that it throws an exception if this deque is empty.      *      * @return the last element of this deque      * @throws NoSuchElementException if this deque is empty      */     public E getLast() {         E x = elements[(tail - 1) & (elements.length - 1)];         if(x == null)             throw new NoSuchElementException();         return x;     }     /**      * Removes the first occurrence of the specified element in this      * deque (when traversing the deque from head to tail).  If the deque      * does not contain the element, it is unchanged.      *      * @param e element to be removed from this deque, if present      * @return <tt>true</tt> if the deque contained the specified element      */     public boolean removeFirstOccurrence(Object e) {         if(e == null)             return false;         int mask = elements.length - 1;         int i = head;         E x;         while((x = elements[i]) != null) {             if(e.equals(x)) {                 delete(i);                 return true;             }             i = (i + 1) & mask;         }         return false;     }     /**      * Removes the last occurrence of the specified element in this      * deque (when traversing the deque from head to tail).  If the deque      * does not contain the element, it is unchanged.      *      * @param e element to be removed from this deque, if present      * @return <tt>true</tt> if the deque contained the specified element      */     public boolean removeLastOccurrence(Object e) {         if(e == null)             return false;         int mask = elements.length - 1;         int i = (tail - 1) & mask;         E x;         while((x = elements[i]) != null) {             if(e.equals(x)) {                 delete(i);                 return true;             }             i = (i - 1) & mask;         }         return false;     }     // *** Queue methods ***     /**      * Inserts the specified element to the end of this deque.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #offerLast}.      *      * @param e the element to insert      * @return <tt>true</tt> (as per the spec for {@link Queue#offer})      * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null      */     public boolean offer(E e) {         return offerLast(e);     }     /**      * Inserts the specified element to the end of this deque.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #addLast}.      *      * @param e the element to insert      * @return <tt>true</tt> (as per the spec for {@link Collection#add})      * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null      */     public boolean add(E e) {         addLast(e);         return true;     }     /**      * Retrieves and removes the head of the queue represented by      * this deque, or <tt>null</tt> if this deque is empty.  In other words,      * retrieves and removes the first element of this deque, or <tt>null</tt>      * if this deque is empty.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #pollFirst}.      *      * @return the first element of this deque, or <tt>null</tt> if      *     this deque is empty      */     public E poll() {         return pollFirst();     }     /**      * Retrieves and removes the head of the queue represented by this deque.      * This method differs from the <tt>poll</tt> method in that it throws an      * exception if this deque is empty.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #removeFirst}.      *      * @return the head of the queue represented by this deque      * @throws NoSuchElementException if this deque is empty      */     public E remove() {         return removeFirst();     }     /**      * Retrieves, but does not remove, the head of the queue represented by      * this deque, returning <tt>null</tt> if this deque is empty.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #peekFirst}      *      * @return the head of the queue represented by this deque, or      *     <tt>null</tt> if this deque is empty      */     public E peek() {         return peekFirst();     }     /**      * Retrieves, but does not remove, the head of the queue represented by      * this deque.  This method differs from the <tt>peek</tt> method only in      * that it throws an exception if this deque is empty.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #getFirst}      *      * @return the head of the queue represented by this deque      * @throws NoSuchElementException if this deque is empty      */     public E element() {         return getFirst();     }     // *** Stack methods ***     /**      * Pushes an element onto the stack represented by this deque.  In other      * words, inserts the element to the front this deque.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #addFirst}.      *      * @param e the element to push      * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null      */     public void push(E e) {         addFirst(e);     }     /**      * Pops an element from the stack represented by this deque.  In other      * words, removes and returns the the first element of this deque.      *      * <p>This method is equivalent to {@link #removeFirst()}.      *      * @return the element at the front of this deque (which is the top      *     of the stack represented by this deque)      * @throws NoSuchElementException if this deque is empty      */     public E pop() {         return removeFirst();     }     /**      * Remove the element at the specified position in the elements array,      * adjusting head, tail, and size as necessary.  This can result in      * motion of elements backwards or forwards in the array.      *      * <p>This method is called delete rather than remove to emphasize the      * that that its semantics differ from those of List.remove(int).      *       * @return true if elements moved backwards      */     private boolean delete(int i) {         // Case 1: Deque doesn't wrap         // Case 2: Deque does wrap and removed element is in the head portion         if((head < tail || tail == 0) || i >= head) {             System.arraycopy(elements, head, elements, head + 1, i - head);             elements[head] = null;             head = (head + 1) & (elements.length - 1);             return false;         }         // Case 3: Deque wraps and removed element is in the tail portion         tail--;         System.arraycopy(elements, i + 1, elements, i, tail - i);         elements[tail] = null;         return true;     }     // *** Collection Methods ***     /**      * Returns the number of elements in this deque.      *      * @return the number of elements in this deque      */     public int size() {         return (tail - head) & (elements.length - 1);     }     /**      * Returns <tt>true</tt> if this collection contains no elements.<p>      *      * @return <tt>true</tt> if this collection contains no elements.      */     public boolean isEmpty() {         return head == tail;     }     /**      * Returns an iterator over the elements in this deque.  The elements      * will be ordered from first (head) to last (tail).  This is the same      * order that elements would be dequeued (via successive calls to      * {@link #remove} or popped (via successive calls to {@link #pop}).      *       * @return an <tt>Iterator</tt> over the elements in this deque      */     public Iterator<E> iterator() {         return new DeqIterator();     }     private class DeqIterator implements Iterator<E> {         /**          * Index of element to be returned by subsequent call to next.          */         private int cursor = head;         /**          * Tail recorded at construction (also in remove), to stop          * iterator and also to check for comodification.          */         private int fence = tail;         /**          * Index of element returned by most recent call to next.          * Reset to -1 if element is deleted by a call to remove.          */         private int lastRet = -1;         public boolean hasNext() {             return cursor != fence;         }         public E next() {             E result;             if(cursor == fence)                 throw new NoSuchElementException();             // This check doesn't catch all possible comodifications,             // but does catch the ones that corrupt traversal             if(tail != fence || (result = elements[cursor]) == null)                 throw new ConcurrentModificationException();             lastRet = cursor;             cursor = (cursor + 1) & (elements.length - 1);             return result;         }         public void remove() {             if(lastRet < 0)                 throw new IllegalStateException();             if(delete(lastRet))                 cursor--;             lastRet = -1;             fence = tail;         }     }     /**      * Returns <tt>true</tt> if this deque contains the specified      * element.  More formally, returns <tt>true</tt> if and only if this      * deque contains at least one element <tt>e</tt> such that      * <tt>e.equals(o)</tt>.      *      * @param o object to be checked for containment in this deque      * @return <tt>true</tt> if this deque contains the specified element      */     public boolean contains(Object o) {         if(o == null)             return false;         int mask = elements.length - 1;         int i = head;         E x;         while((x = elements[i]) != null) {             if(o.equals(x))                 return true;             i = (i + 1) & mask;         }         return false;     }     /**      * Removes a single instance of the specified element from this deque.      * This method is equivalent to {@link #removeFirstOccurrence}.      *      * @param e element to be removed from this deque, if present      * @return <tt>true</tt> if this deque contained the specified element      */     public boolean remove(Object e) {         return removeFirstOccurrence(e);     }     /**      * Removes all of the elements from this deque.      */     public void clear() {         int h = head;         int t = tail;         if(h != t) { // clear all cells             head = tail = 0;             int i = h;             int mask = elements.length - 1;             do {                 elements[i] = null;                 i = (i + 1) & mask;             } while(i != t);         }     }     /**      * Returns an array containing all of the elements in this list      * in the correct order.      *      * @return an array containing all of the elements in this list      *         in the correct order      */     public Object[] toArray() {         return copyElements(new Object[size()]);     }     /**      * Returns an array containing all of the elements in this deque in the      * correct order; the runtime type of the returned array is that of the      * specified array.  If the deque fits in the specified array, it is      * returned therein.  Otherwise, a new array is allocated with the runtime      * type of the specified array and the size of this deque.      *      * <p>If the deque fits in the specified array with room to spare (i.e.,      * the array has more elements than the deque), the element in the array      * immediately following the end of the collection is set to <tt>null</tt>.      *      * @param a the array into which the elements of the deque are to      *      be stored, if it is big enough; otherwise, a new array of the      *      same runtime type is allocated for this purpose      * @return an array containing the elements of the deque      * @throws ArrayStoreException if the runtime type of a is not a supertype      *         of the runtime type of every element in this deque      */     public <T> T[] toArray(T[] a) {         int size = size();         if(a.length < size)             a = (T[]) java.lang.reflect.Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);         copyElements(a);         if(a.length > size)             a[size] = null;         return a;     }     // *** Object methods ***     /**      * Returns a copy of this deque.      *      * @return a copy of this deque      */     public ArrayDeque<E> clone() {         try {             ArrayDeque<E> result = (ArrayDeque<E>) super.clone();             // These two lines are currently faster than cloning the array:             result.elements = (E[]) new Object[elements.length];             System.arraycopy(elements, 0, result.elements, 0, elements.length);             return result;         } catch (CloneNotSupportedException e) {             throw new AssertionError();         }     }     /**      * Appease the serialization gods.      */     private static final long serialVersionUID = 2340985798034038923L;     /**      * Serialize this deque.      *      * @serialData The current size (<tt>int</tt>) of the deque,      * followed by all of its elements (each an object reference) in      * first-to-last order.      */     private void writeObject(ObjectOutputStream s) throws IOException {         s.defaultWriteObject();         // Write out size         int size = size();         s.writeInt(size);         // Write out elements in order.         int i = head;         int mask = elements.length - 1;         for(int j = 0; j < size; j++) {             s.writeObject(elements[i]);             i = (i + 1) & mask;         }     }     /**      * Deserialize this deque.      */     private void readObject(ObjectInputStream s) throws IOException, ClassNotFoundException {         s.defaultReadObject();         // Read in size and allocate array         int size = s.readInt();         allocateElements(size);         head = 0;         tail = size;         // Read in all elements in the proper order.         for(int i = 0; i < size; i++)             elements[i] = (E) s.readObject();     }     public Iterator<E> descendingIterator() {         return new DescendingIterator();     }     private class DescendingIterator implements Iterator<E> {         /*          * This class is nearly a mirror-image of DeqIterator, using          * tail instead of head for initial cursor, and head instead of          * tail for fence.          */         private int cursor = tail;         private int fence = head;         private int lastRet = -1;         public boolean hasNext() {             return cursor != fence;         }         public E next() {             if(cursor == fence)                 throw new NoSuchElementException();             cursor = (cursor - 1) & (elements.length - 1);             E result = elements[cursor];             if(head != fence || result == null)                 throw new ConcurrentModificationException();             lastRet = cursor;             return result;         }         public void remove() {             if(lastRet < 0)                 throw new IllegalStateException();             if(!delete(lastRet)) {                 cursor = (cursor + 1) & (elements.length - 1);                 fence = head;             }             lastRet = -1;         }     } }