1 /*
2  * DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.
3  *
4  * This code is free software; you can redistribute it and/or modify it
5  * under the terms of the GNU General Public License version 2 only, as
6  * published by the Free Software Foundation.  Oracle designates this
7  * particular file as subject to the "Classpath" exception as provided
8  * by Oracle in the LICENSE file that accompanied this code.
9  *
10  * This code is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
11  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
12  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
13  * version 2 for more details (a copy is included in the LICENSE file that
14  * accompanied this code).
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License version
17  * 2 along with this work; if not, write to the Free Software Foundation,
18  * Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
19  *
20  * Please contact Oracle, 500 Oracle Parkway, Redwood Shores, CA 94065 USA
21  * or visit www.oracle.com if you need additional information or have any
22  * questions.
23  */

24
25 /*
26  * This file is available under and governed by the GNU General Public
27  * License version 2 only, as published by the Free Software Foundation.
28  * However, the following notice accompanied the original version of this
29  * file:
30  *
31  * Written by Josh Bloch of Google Inc. and released to the public domain,
32  * as explained at http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/.
33  */

34
35 package java.util;
36
37 import java.io.Serializable;
38 import java.util.function.Consumer;
39 import java.util.function.Predicate;
40 import java.util.function.UnaryOperator;
41 import jdk.internal.misc.SharedSecrets;
42
43 /**
44  * Resizable-array implementation of the {@link Deque} interface.  Array
45  * deques have no capacity restrictions; they grow as necessary to support
46  * usage.  They are not thread-safe; in the absence of external
47  * synchronization, they do not support concurrent access by multiple threads.
48  * Null elements are prohibited.  This class is likely to be faster than
49  * {@link Stack} when used as a stack, and faster than {@link LinkedList}
50  * when used as a queue.
51  *
52  * <p>Most {@code ArrayDeque} operations run in amortized constant time.
53  * Exceptions include
54  * {@link #remove(Object) remove},
55  * {@link #removeFirstOccurrence removeFirstOccurrence},
56  * {@link #removeLastOccurrence removeLastOccurrence},
57  * {@link #contains contains},
58  * {@link #iterator iterator.remove()},
59  * and the bulk operations, all of which run in linear time.
60  *
61  * <p>The iterators returned by this class's {@link #iterator() iterator}
62  * method are <em>fail-fast</em>: If the deque is modified at any time after
63  * the iterator is created, in any way except through the iterator's own
64  * {@code remove} method, the iterator will generally throw a {@link
65  * ConcurrentModificationException}.  Thus, in the face of concurrent
66  * modification, the iterator fails quickly and cleanly, rather than risking
67  * arbitrary, non-deterministic behavior at an undetermined time in the
68  * future.
69  *
70  * <p>Note that the fail-fast behavior of an iterator cannot be guaranteed
71  * as it is, generally speaking, impossible to make any hard guarantees in the
72  * presence of unsynchronized concurrent modification.  Fail-fast iterators
73  * throw {@code ConcurrentModificationException} on a best-effort basis.
74  * Therefore, it would be wrong to write a program that depended on this
75  * exception for its correctness: <i>the fail-fast behavior of iterators
76  * should be used only to detect bugs.</i>
77  *
78  * <p>This class and its iterator implement all of the
79  * <em>optional</em> methods of the {@link Collection} and {@link
80  * Iterator} interfaces.
81  *
82  * <p>This class is a member of the
83  * <a href="{@docRoot}/java.base/java/util/package-summary.html#CollectionsFramework">
84  * Java Collections Framework</a>.
85  *
86  * @author  Josh Bloch and Doug Lea
87  * @param <E> the type of elements held in this deque
88  * @since   1.6
89  */

90 public class ArrayDeque<E> extends AbstractCollection<E>
91                            implements Deque<E>, Cloneable, Serializable
92 {
93     /*
94      * VMs excel at optimizing simple array loops where indices are
95      * incrementing or decrementing over a valid slice, e.g.
96      *
97      * for (int i = start; i < end; i++) ... elements[i]
98      *
99      * Because in a circular array, elements are in general stored in
100      * two disjoint such slices, we help the VM by writing unusual
101      * nested loops for all traversals over the elements.  Having only
102      * one hot inner loop body instead of two or three eases human
103      * maintenance and encourages VM loop inlining into the caller.
104      */

105
106     /**
107      * The array in which the elements of the deque are stored.
108      * All array cells not holding deque elements are always null.
109      * The array always has at least one null slot (at tail).
110      */

111     transient Object[] elements;
112
113     /**
114      * The index of the element at the head of the deque (which is the
115      * element that would be removed by remove() or pop()); or an
116      * arbitrary number 0 <= head < elements.length equal to tail if
117      * the deque is empty.
118      */

119     transient int head;
120
121     /**
122      * The index at which the next element would be added to the tail
123      * of the deque (via addLast(E), add(E), or push(E));
124      * elements[tail] is always null.
125      */

126     transient int tail;
127
128     /**
129      * The maximum size of array to allocate.
130      * Some VMs reserve some header words in an array.
131      * Attempts to allocate larger arrays may result in
132      * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
133      */

134     private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
135
136     /**
137      * Increases the capacity of this deque by at least the given amount.
138      *
139      * @param needed the required minimum extra capacity; must be positive
140      */

141     private void grow(int needed) {
142         // overflow-conscious code
143         final int oldCapacity = elements.length;
144         int newCapacity;
145         // Double capacity if small; else grow by 50%
146         int jump = (oldCapacity < 64) ? (oldCapacity + 2) : (oldCapacity >> 1);
147         if (jump < needed
148             || (newCapacity = (oldCapacity + jump)) - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
149             newCapacity = newCapacity(needed, jump);
150         final Object[] es = elements = Arrays.copyOf(elements, newCapacity);
151         // Exceptionally, here tail == head needs to be disambiguated
152         if (tail < head || (tail == head && es[head] != null)) {
153             // wrap around; slide first leg forward to end of array
154             int newSpace = newCapacity - oldCapacity;
155             System.arraycopy(es, head,
156                              es, head + newSpace,
157                              oldCapacity - head);
158             for (int i = head, to = (head += newSpace); i < to; i++)
159                 es[i] = null;
160         }
161     }
162
163     /** Capacity calculation for edge conditions, especially overflow. */
164     private int newCapacity(int needed, int jump) {
165         final int oldCapacity = elements.length, minCapacity;
166         if ((minCapacity = oldCapacity + needed) - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
167             if (minCapacity < 0)
168                 throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
169             return Integer.MAX_VALUE;
170         }
171         if (needed > jump)
172             return minCapacity;
173         return (oldCapacity + jump - MAX_ARRAY_SIZE < 0)
174             ? oldCapacity + jump
175             : MAX_ARRAY_SIZE;
176     }
177
178     /**
179      * Constructs an empty array deque with an initial capacity
180      * sufficient to hold 16 elements.
181      */

182     public ArrayDeque() {
183         elements = new Object[16];
184     }
185
186     /**
187      * Constructs an empty array deque with an initial capacity
188      * sufficient to hold the specified number of elements.
189      *
190      * @param numElements lower bound on initial capacity of the deque
191      */

192     public ArrayDeque(int numElements) {
193         elements =
194             new Object[(numElements < 1) ? 1 :
195                        (numElements == Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
196                        numElements + 1];
197     }
198
199     /**
200      * Constructs a deque containing the elements of the specified
201      * collection, in the order they are returned by the collection's
202      * iterator.  (The first element returned by the collection's
203      * iterator becomes the first element, or <i>front</i> of the
204      * deque.)
205      *
206      * @param c the collection whose elements are to be placed into the deque
207      * @throws NullPointerException if the specified collection is null
208      */

209     public ArrayDeque(Collection<? extends E> c) {
210         this(c.size());
211         copyElements(c);
212     }
213
214     /**
215      * Circularly increments i, mod modulus.
216      * Precondition and postcondition: 0 <= i < modulus.
217      */

218     static final int inc(int i, int modulus) {
219         if (++i >= modulus) i = 0;
220         return i;
221     }
222
223     /**
224      * Circularly decrements i, mod modulus.
225      * Precondition and postcondition: 0 <= i < modulus.
226      */

227     static final int dec(int i, int modulus) {
228         if (--i < 0) i = modulus - 1;
229         return i;
230     }
231
232     /**
233      * Circularly adds the given distance to index i, mod modulus.
234      * Precondition: 0 <= i < modulus, 0 <= distance <= modulus.
235      * @return index 0 <= i < modulus
236      */

237     static final int inc(int i, int distance, int modulus) {
238         if ((i += distance) - modulus >= 0) i -= modulus;
239         return i;
240     }
241
242     /**
243      * Subtracts j from i, mod modulus.
244      * Index i must be logically ahead of index j.
245      * Precondition: 0 <= i < modulus, 0 <= j < modulus.
246      * @return the "circular distance" from j to i; corner case i == j
247      * is disambiguated to "empty", returning 0.
248      */

249     static final int sub(int i, int j, int modulus) {
250         if ((i -= j) < 0) i += modulus;
251         return i;
252     }
253
254     /**
255      * Returns element at array index i.
256      * This is a slight abuse of generics, accepted by javac.
257      */

258     @SuppressWarnings("unchecked")
259     static final <E> E elementAt(Object[] es, int i) {
260         return (E) es[i];
261     }
262
263     /**
264      * A version of elementAt that checks for null elements.
265      * This check doesn't catch all possible comodifications,
266      * but does catch ones that corrupt traversal.
267      */

268     static final <E> E nonNullElementAt(Object[] es, int i) {
269         @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) es[i];
270         if (e == null)
271             throw new ConcurrentModificationException();
272         return e;
273     }
274
275     // The main insertion and extraction methods are addFirst,
276     // addLast, pollFirst, pollLast. The other methods are defined in
277     // terms of these.
278
279     /**
280      * Inserts the specified element at the front of this deque.
281      *
282      * @param e the element to add
283      * @throws NullPointerException if the specified element is null
284      */

285     public void addFirst(E e) {
286         if (e == null)
287             throw new NullPointerException();
288         final Object[] es = elements;
289         es[head = dec(head, es.length)] = e;
290         if (head == tail)
291             grow(1);
292     }
293
294     /**
295      * Inserts the specified element at the end of this deque.
296      *
297      * <p>This method is equivalent to {@link #add}.
298      *
299      * @param e the element to add
300      * @throws NullPointerException if the specified element is null
301      */

302     public void addLast(E e) {
303         if (e == null)
304             throw new NullPointerException();
305         final Object[] es = elements;
306         es[tail] = e;
307         if (head == (tail = inc(tail, es.length)))
308             grow(1);
309     }
310
311     /**
312      * Adds all of the elements in the specified collection at the end
313      * of this deque, as if by calling {@link #addLast} on each one,
314      * in the order that they are returned by the collection's iterator.
315      *
316      * @param c the elements to be inserted into this deque
317      * @return {@code trueif this deque changed as a result of the call
318      * @throws NullPointerException if the specified collection or any
319      *         of its elements are null
320      */

321     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
322         final int s, needed;
323         if ((needed = (s = size()) + c.size() + 1 - elements.length) > 0)
324             grow(needed);
325         copyElements(c);
326         return size() > s;
327     }
328
329     private void copyElements(Collection<? extends E> c) {
330         c.forEach(this::addLast);
331     }
332
333     /**
334      * Inserts the specified element at the front of this deque.
335      *
336      * @param e the element to add
337      * @return {@code true} (as specified by {@link Deque#offerFirst})
338      * @throws NullPointerException if the specified element is null
339      */

340     public boolean offerFirst(E e) {
341         addFirst(e);
342         return true;
343     }
344
345     /**
346      * Inserts the specified element at the end of this deque.
347      *
348      * @param e the element to add
349      * @return {@code true} (as specified by {@link Deque#offerLast})
350      * @throws NullPointerException if the specified element is null
351      */

352     public boolean offerLast(E e) {
353         addLast(e);
354         return true;
355     }
356
357     /**
358      * @throws NoSuchElementException {@inheritDoc}
359      */

360     public E removeFirst() {
361         E e = pollFirst();
362         if (e == null)
363             throw new NoSuchElementException();
364         return e;
365     }
366
367     /**
368      * @throws NoSuchElementException {@inheritDoc}
369      */

370     public E removeLast() {
371         E e = pollLast();
372         if (e == null)
373             throw new NoSuchElementException();
374         return e;
375     }
376
377     public E pollFirst() {
378         final Object[] es;
379         final int h;
380         E e = elementAt(es = elements, h = head);
381         if (e != null) {
382             es[h] = null;
383             head = inc(h, es.length);
384         }
385         return e;
386     }
387
388     public E pollLast() {
389         final Object[] es;
390         final int t;
391         E e = elementAt(es = elements, t = dec(tail, es.length));
392         if (e != null)
393             es[tail = t] = null;
394         return e;
395     }
396
397     /**
398      * @throws NoSuchElementException {@inheritDoc}
399      */

400     public E getFirst() {
401         E e = elementAt(elements, head);
402         if (e == null)
403             throw new NoSuchElementException();
404         return e;
405     }
406
407     /**
408      * @throws NoSuchElementException {@inheritDoc}
409      */

410     public E getLast() {
411         final Object[] es = elements;
412         E e = elementAt(es, dec(tail, es.length));
413         if (e == null)
414             throw new NoSuchElementException();
415         return e;
416     }
417
418     public E peekFirst() {
419         return elementAt(elements, head);
420     }
421
422     public E peekLast() {
423         final Object[] es;
424         return elementAt(es = elements, dec(tail, es.length));
425     }
426
427     /**
428      * Removes the first occurrence of the specified element in this
429      * deque (when traversing the deque from head to tail).
430      * If the deque does not contain the element, it is unchanged.
431      * More formally, removes the first element {@code e} such that
432      * {@code o.equals(e)} (if such an element exists).
433      * Returns {@code trueif this deque contained the specified element
434      * (or equivalently, if this deque changed as a result of the call).
435      *
436      * @param o element to be removed from this deque, if present
437      * @return {@code trueif the deque contained the specified element
438      */

439     public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
440         if (o != null) {
441             final Object[] es = elements;
442             for (int i = head, end = tail, to = (i <= end) ? end : es.length;
443                  ; i = 0, to = end) {
444                 for (; i < to; i++)
445                     if (o.equals(es[i])) {
446                         delete(i);
447                         return true;
448                     }
449                 if (to == end) break;
450             }
451         }
452         return false;
453     }
454
455     /**
456      * Removes the last occurrence of the specified element in this
457      * deque (when traversing the deque from head to tail).
458      * If the deque does not contain the element, it is unchanged.
459      * More formally, removes the last element {@code e} such that
460      * {@code o.equals(e)} (if such an element exists).
461      * Returns {@code trueif this deque contained the specified element
462      * (or equivalently, if this deque changed as a result of the call).
463      *
464      * @param o element to be removed from this deque, if present
465      * @return {@code trueif the deque contained the specified element
466      */

467     public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
468         if (o != null) {
469             final Object[] es = elements;
470             for (int i = tail, end = head, to = (i >= end) ? end : 0;
471                  ; i = es.length, to = end) {
472                 for (i--; i > to - 1; i--)
473                     if (o.equals(es[i])) {
474                         delete(i);
475                         return true;
476                     }
477                 if (to == end) break;
478             }
479         }
480         return false;
481     }
482
483     // *** Queue methods ***
484
485     /**
486      * Inserts the specified element at the end of this deque.
487      *
488      * <p>This method is equivalent to {@link #addLast}.
489      *
490      * @param e the element to add
491      * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
492      * @throws NullPointerException if the specified element is null
493      */

494     public boolean add(E e) {
495         addLast(e);
496         return true;
497     }
498
499     /**
500      * Inserts the specified element at the end of this deque.
501      *
502      * <p>This method is equivalent to {@link #offerLast}.
503      *
504      * @param e the element to add
505      * @return {@code true} (as specified by {@link Queue#offer})
506      * @throws NullPointerException if the specified element is null
507      */

508     public boolean offer(E e) {
509         return offerLast(e);
510     }
511
512     /**
513      * Retrieves and removes the head of the queue represented by this deque.
514      *
515      * This method differs from {@link #poll() poll()} only in that it
516      * throws an exception if this deque is empty.
517      *
518      * <p>This method is equivalent to {@link #removeFirst}.
519      *
520      * @return the head of the queue represented by this deque
521      * @throws NoSuchElementException {@inheritDoc}
522      */

523     public E remove() {
524         return removeFirst();
525     }
526
527     /**
528      * Retrieves and removes the head of the queue represented by this deque
529      * (in other words, the first element of this deque), or returns
530      * {@code nullif this deque is empty.
531      *
532      * <p>This method is equivalent to {@link #pollFirst}.
533      *
534      * @return the head of the queue represented by this deque, or
535      *         {@code nullif this deque is empty
536      */

537     public E poll() {
538         return pollFirst();
539     }
540
541     /**
542      * Retrieves, but does not remove, the head of the queue represented by
543      * this deque.  This method differs from {@link #peek peek} only in
544      * that it throws an exception if this deque is empty.
545      *
546      * <p>This method is equivalent to {@link #getFirst}.
547      *
548      * @return the head of the queue represented by this deque
549      * @throws NoSuchElementException {@inheritDoc}
550      */

551     public E element() {
552         return getFirst();
553     }
554
555     /**
556      * Retrieves, but does not remove, the head of the queue represented by
557      * this deque, or returns {@code nullif this deque is empty.
558      *
559      * <p>This method is equivalent to {@link #peekFirst}.
560      *
561      * @return the head of the queue represented by this deque, or
562      *         {@code nullif this deque is empty
563      */

564     public E peek() {
565         return peekFirst();
566     }
567
568     // *** Stack methods ***
569
570     /**
571      * Pushes an element onto the stack represented by this deque.  In other
572      * words, inserts the element at the front of this deque.
573      *
574      * <p>This method is equivalent to {@link #addFirst}.
575      *
576      * @param e the element to push
577      * @throws NullPointerException if the specified element is null
578      */

579     public void push(E e) {
580         addFirst(e);
581     }
582
583     /**
584      * Pops an element from the stack represented by this deque.  In other
585      * words, removes and returns the first element of this deque.
586      *
587      * <p>This method is equivalent to {@link #removeFirst()}.
588      *
589      * @return the element at the front of this deque (which is the top
590      *         of the stack represented by this deque)
591      * @throws NoSuchElementException {@inheritDoc}
592      */

593     public E pop() {
594         return removeFirst();
595     }
596
597     /**
598      * Removes the element at the specified position in the elements array.
599      * This can result in forward or backwards motion of array elements.
600      * We optimize for least element motion.
601      *
602      * <p>This method is called delete rather than remove to emphasize
603      * that its semantics differ from those of {@link List#remove(int)}.
604      *
605      * @return true if elements near tail moved backwards
606      */

607     boolean delete(int i) {
608         final Object[] es = elements;
609         final int capacity = es.length;
610         final int h, t;
611         // number of elements before to-be-deleted elt
612         final int front = sub(i, h = head, capacity);
613         // number of elements after to-be-deleted elt
614         final int back = sub(t = tail, i, capacity) - 1;
615         if (front < back) {
616             // move front elements forwards
617             if (h <= i) {
618                 System.arraycopy(es, h, es, h + 1, front);
619             } else { // Wrap around
620                 System.arraycopy(es, 0, es, 1, i);
621                 es[0] = es[capacity - 1];
622                 System.arraycopy(es, h, es, h + 1, front - (i + 1));
623             }
624             es[h] = null;
625             head = inc(h, capacity);
626             return false;
627         } else {
628             // move back elements backwards
629             tail = dec(t, capacity);
630             if (i <= tail) {
631                 System.arraycopy(es, i + 1, es, i, back);
632             } else { // Wrap around
633                 System.arraycopy(es, i + 1, es, i, capacity - (i + 1));
634                 es[capacity - 1] = es[0];
635                 System.arraycopy(es, 1, es, 0, t - 1);
636             }
637             es[tail] = null;
638             return true;
639         }
640     }
641
642     // *** Collection Methods ***
643
644     /**
645      * Returns the number of elements in this deque.
646      *
647      * @return the number of elements in this deque
648      */

649     public int size() {
650         return sub(tail, head, elements.length);
651     }
652
653     /**
654      * Returns {@code trueif this deque contains no elements.
655      *
656      * @return {@code trueif this deque contains no elements
657      */

658     public boolean isEmpty() {
659         return head == tail;
660     }
661
662     /**
663      * Returns an iterator over the elements in this deque.  The elements
664      * will be ordered from first (head) to last (tail).  This is the same
665      * order that elements would be dequeued (via successive calls to
666      * {@link #remove} or popped (via successive calls to {@link #pop}).
667      *
668      * @return an iterator over the elements in this deque
669      */

670     public Iterator<E> iterator() {
671         return new DeqIterator();
672     }
673
674     public Iterator<E> descendingIterator() {
675         return new DescendingIterator();
676     }
677
678     private class DeqIterator implements Iterator<E> {
679         /** Index of element to be returned by subsequent call to next. */
680         int cursor;
681
682         /** Number of elements yet to be returned. */
683         int remaining = size();
684
685         /**
686          * Index of element returned by most recent call to next.
687          * Reset to -1 if element is deleted by a call to remove.
688          */

689         int lastRet = -1;
690
691         DeqIterator() { cursor = head; }
692
693         public final boolean hasNext() {
694             return remaining > 0;
695         }
696
697         public E next() {
698             if (remaining <= 0)
699                 throw new NoSuchElementException();
700             final Object[] es = elements;
701             E e = nonNullElementAt(es, cursor);
702             cursor = inc(lastRet = cursor, es.length);
703             remaining--;
704             return e;
705         }
706
707         void postDelete(boolean leftShifted) {
708             if (leftShifted)
709                 cursor = dec(cursor, elements.length);
710         }
711
712         public final void remove() {
713             if (lastRet < 0)
714                 throw new IllegalStateException();
715             postDelete(delete(lastRet));
716             lastRet = -1;
717         }
718
719         public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
720             Objects.requireNonNull(action);
721             int r;
722             if ((r = remaining) <= 0)
723                 return;
724             remaining = 0;
725             final Object[] es = elements;
726             if (es[cursor] == null || sub(tail, cursor, es.length) != r)
727                 throw new ConcurrentModificationException();
728             for (int i = cursor, end = tail, to = (i <= end) ? end : es.length;
729                  ; i = 0, to = end) {
730                 for (; i < to; i++)
731                     action.accept(elementAt(es, i));
732                 if (to == end) {
733                     if (end != tail)
734                         throw new ConcurrentModificationException();
735                     lastRet = dec(end, es.length);
736                     break;
737                 }
738             }
739         }
740     }
741
742     private class DescendingIterator extends DeqIterator {
743         DescendingIterator() { cursor = dec(tail, elements.length); }
744
745         public final E next() {
746             if (remaining <= 0)
747                 throw new NoSuchElementException();
748             final Object[] es = elements;
749             E e = nonNullElementAt(es, cursor);
750             cursor = dec(lastRet = cursor, es.length);
751             remaining--;
752             return e;
753         }
754
755         void postDelete(boolean leftShifted) {
756             if (!leftShifted)
757                 cursor = inc(cursor, elements.length);
758         }
759
760         public final void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
761             Objects.requireNonNull(action);
762             int r;
763             if ((r = remaining) <= 0)
764                 return;
765             remaining = 0;
766             final Object[] es = elements;
767             if (es[cursor] == null || sub(cursor, head, es.length) + 1 != r)
768                 throw new ConcurrentModificationException();
769             for (int i = cursor, end = head, to = (i >= end) ? end : 0;
770                  ; i = es.length - 1, to = end) {
771                 // hotspot generates faster code than for: i >= to !
772                 for (; i > to - 1; i--)
773                     action.accept(elementAt(es, i));
774                 if (to == end) {
775                     if (end != head)
776                         throw new ConcurrentModificationException();
777                     lastRet = end;
778                     break;
779                 }
780             }
781         }
782     }
783
784     /**
785      * Creates a <em><a href="Spliterator.html#binding">late-binding</a></em>
786      * and <em>fail-fast</em> {@link Spliterator} over the elements in this
787      * deque.
788      *
789      * <p>The {@code Spliterator} reports {@link Spliterator#SIZED},
790      * {@link Spliterator#SUBSIZED}, {@link Spliterator#ORDERED}, and
791      * {@link Spliterator#NONNULL}.  Overriding implementations should document
792      * the reporting of additional characteristic values.
793      *
794      * @return a {@code Spliterator} over the elements in this deque
795      * @since 1.8
796      */

797     public Spliterator<E> spliterator() {
798         return new DeqSpliterator();
799     }
800
801     final class DeqSpliterator implements Spliterator<E> {
802         private int fence;      // -1 until first use
803         private int cursor;     // current index, modified on traverse/split
804
805         /** Constructs late-binding spliterator over all elements. */
806         DeqSpliterator() {
807             this.fence = -1;
808         }
809
810         /** Constructs spliterator over the given range. */
811         DeqSpliterator(int origin, int fence) {
812             // assert 0 <= origin && origin < elements.length;
813             // assert 0 <= fence && fence < elements.length;
814             this.cursor = origin;
815             this.fence = fence;
816         }
817
818         /** Ensures late-binding initialization; then returns fence. */
819         private int getFence() { // force initialization
820             int t;
821             if ((t = fence) < 0) {
822                 t = fence = tail;
823                 cursor = head;
824             }
825             return t;
826         }
827
828         public DeqSpliterator trySplit() {
829             final Object[] es = elements;
830             final int i, n;
831             return ((n = sub(getFence(), i = cursor, es.length) >> 1) <= 0)
832                 ? null
833                 : new DeqSpliterator(i, cursor = inc(i, n, es.length));
834         }
835
836         public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
837             if (action == null)
838                 throw new NullPointerException();
839             final int end = getFence(), cursor = this.cursor;
840             final Object[] es = elements;
841             if (cursor != end) {
842                 this.cursor = end;
843                 // null check at both ends of range is sufficient
844                 if (es[cursor] == null || es[dec(end, es.length)] == null)
845                     throw new ConcurrentModificationException();
846                 for (int i = cursor, to = (i <= end) ? end : es.length;
847                      ; i = 0, to = end) {
848                     for (; i < to; i++)
849                         action.accept(elementAt(es, i));
850                     if (to == end) break;
851                 }
852             }
853         }
854
855         public boolean tryAdvance(Consumer<? super E> action) {
856             Objects.requireNonNull(action);
857             final Object[] es = elements;
858             if (fence < 0) { fence = tail; cursor = head; } // late-binding
859             final int i;
860             if ((i = cursor) == fence)
861                 return false;
862             E e = nonNullElementAt(es, i);
863             cursor = inc(i, es.length);
864             action.accept(e);
865             return true;
866         }
867
868         public long estimateSize() {
869             return sub(getFence(), cursor, elements.length);
870         }
871
872         public int characteristics() {
873             return Spliterator.NONNULL
874                 | Spliterator.ORDERED
875                 | Spliterator.SIZED
876                 | Spliterator.SUBSIZED;
877         }
878     }
879
880     /**
881      * @throws NullPointerException {@inheritDoc}
882      */

883     public void forEach(Consumer<? super E> action) {
884         Objects.requireNonNull(action);
885         final Object[] es = elements;
886         for (int i = head, end = tail, to = (i <= end) ? end : es.length;
887              ; i = 0, to = end) {
888             for (; i < to; i++)
889                 action.accept(elementAt(es, i));
890             if (to == end) {
891                 if (end != tail) throw new ConcurrentModificationException();
892                 break;
893             }
894         }
895     }
896
897     /**
898      * @throws NullPointerException {@inheritDoc}
899      */

900     public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
901         Objects.requireNonNull(filter);
902         return bulkRemove(filter);
903     }
904
905     /**
906      * @throws NullPointerException {@inheritDoc}
907      */

908     public boolean removeAll(Collection<?> c) {
909         Objects.requireNonNull(c);
910         return bulkRemove(e -> c.contains(e));
911     }
912
913     /**
914      * @throws NullPointerException {@inheritDoc}
915      */

916     public boolean retainAll(Collection<?> c) {
917         Objects.requireNonNull(c);
918         return bulkRemove(e -> !c.contains(e));
919     }
920
921     /** Implementation of bulk remove methods. */
922     private boolean bulkRemove(Predicate<? super E> filter) {
923         final Object[] es = elements;
924         // Optimize for initial run of survivors
925         for (int i = head, end = tail, to = (i <= end) ? end : es.length;
926              ; i = 0, to = end) {
927             for (; i < to; i++)
928                 if (filter.test(elementAt(es, i)))
929                     return bulkRemoveModified(filter, i);
930             if (to == end) {
931                 if (end != tail) throw new ConcurrentModificationException();
932                 break;
933             }
934         }
935         return false;
936     }
937
938     // A tiny bit set implementation
939
940     private static long[] nBits(int n) {
941         return new long[((n - 1) >> 6) + 1];
942     }
943     private static void setBit(long[] bits, int i) {
944         bits[i >> 6] |= 1L << i;
945     }
946     private static boolean isClear(long[] bits, int i) {
947         return (bits[i >> 6] & (1L << i)) == 0;
948     }
949
950     /**
951      * Helper for bulkRemove, in case of at least one deletion.
952      * Tolerate predicates that reentrantly access the collection for
953      * read (but writers still get CME), so traverse once to find
954      * elements to delete, a second pass to physically expunge.
955      *
956      * @param beg valid index of first element to be deleted
957      */

958     private boolean bulkRemoveModified(
959         Predicate<? super E> filter, final int beg) {
960         final Object[] es = elements;
961         final int capacity = es.length;
962         final int end = tail;
963         final long[] deathRow = nBits(sub(end, beg, capacity));
964         deathRow[0] = 1L;   // set bit 0
965         for (int i = beg + 1, to = (i <= end) ? end : es.length, k = beg;
966              ; i = 0, to = end, k -= capacity) {
967             for (; i < to; i++)
968                 if (filter.test(elementAt(es, i)))
969                     setBit(deathRow, i - k);
970             if (to == end) break;
971         }
972         // a two-finger traversal, with hare i reading, tortoise w writing
973         int w = beg;
974         for (int i = beg + 1, to = (i <= end) ? end : es.length, k = beg;
975              ; w = 0) { // w rejoins i on second leg
976             // In this loop, i and w are on the same leg, with i > w
977             for (; i < to; i++)
978                 if (isClear(deathRow, i - k))
979                     es[w++] = es[i];
980             if (to == end) break;
981             // In this loop, w is on the first leg, i on the second
982             for (i = 0, to = end, k -= capacity; i < to && w < capacity; i++)
983                 if (isClear(deathRow, i - k))
984                     es[w++] = es[i];
985             if (i >= to) {
986                 if (w == capacity) w = 0; // "corner" case
987                 break;
988             }
989         }
990         if (end != tail) throw new ConcurrentModificationException();
991         circularClear(es, tail = w, end);
992         return true;
993     }
994
995     /**
996      * Returns {@code trueif this deque contains the specified element.
997      * More formally, returns {@code trueif and only if this deque contains
998      * at least one element {@code e} such that {@code o.equals(e)}.
999      *
1000      * @param o object to be checked for containment in this deque
1001      * @return {@code trueif this deque contains the specified element
1002      */

1003     public boolean contains(Object o) {
1004         if (o != null) {
1005             final Object[] es = elements;
1006             for (int i = head, end = tail, to = (i <= end) ? end : es.length;
1007                  ; i = 0, to = end) {
1008                 for (; i < to; i++)
1009                     if (o.equals(es[i]))
1010                         return true;
1011                 if (to == end) break;
1012             }
1013         }
1014         return false;
1015     }
1016
1017     /**
1018      * Removes a single instance of the specified element from this deque.
1019      * If the deque does not contain the element, it is unchanged.
1020      * More formally, removes the first element {@code e} such that
1021      * {@code o.equals(e)} (if such an element exists).
1022      * Returns {@code trueif this deque contained the specified element
1023      * (or equivalently, if this deque changed as a result of the call).
1024      *
1025      * <p>This method is equivalent to {@link #removeFirstOccurrence(Object)}.
1026      *
1027      * @param o element to be removed from this deque, if present
1028      * @return {@code trueif this deque contained the specified element
1029      */

1030     public boolean remove(Object o) {
1031         return removeFirstOccurrence(o);
1032     }
1033
1034     /**
1035      * Removes all of the elements from this deque.
1036      * The deque will be empty after this call returns.
1037      */

1038     public void clear() {
1039         circularClear(elements, head, tail);
1040         head = tail = 0;
1041     }
1042
1043     /**
1044      * Nulls out slots starting at array index i, upto index end.
1045      * Condition i == end means "empty" - nothing to do.
1046      */

1047     private static void circularClear(Object[] es, int i, int end) {
1048         // assert 0 <= i && i < es.length;
1049         // assert 0 <= end && end < es.length;
1050         for (int to = (i <= end) ? end : es.length;
1051              ; i = 0, to = end) {
1052             for (; i < to; i++) es[i] = null;
1053             if (to == end) break;
1054         }
1055     }
1056
1057     /**
1058      * Returns an array containing all of the elements in this deque
1059      * in proper sequence (from first to last element).
1060      *
1061      * <p>The returned array will be "safe" in that no references to it are
1062      * maintained by this deque.  (In other words, this method must allocate
1063      * a new array).  The caller is thus free to modify the returned array.
1064      *
1065      * <p>This method acts as bridge between array-based and collection-based
1066      * APIs.
1067      *
1068      * @return an array containing all of the elements in this deque
1069      */

1070     public Object[] toArray() {
1071         return toArray(Object[].class);
1072     }
1073
1074     private <T> T[] toArray(Class<T[]> klazz) {
1075         final Object[] es = elements;
1076         final T[] a;
1077         final int head = this.head, tail = this.tail, end;
1078         if ((end = tail + ((head <= tail) ? 0 : es.length)) >= 0) {
1079             // Uses null extension feature of copyOfRange
1080             a = Arrays.copyOfRange(es, head, end, klazz);
1081         } else {
1082             // integer overflow!
1083             a = Arrays.copyOfRange(es, 0, end - head, klazz);
1084             System.arraycopy(es, head, a, 0, es.length - head);
1085         }
1086         if (end != tail)
1087             System.arraycopy(es, 0, a, es.length - head, tail);
1088         return a;
1089     }
1090
1091     /**
1092      * Returns an array containing all of the elements in this deque in
1093      * proper sequence (from first to last element); the runtime type of the
1094      * returned array is that of the specified array.  If the deque fits in
1095      * the specified array, it is returned therein.  Otherwise, a new array
1096      * is allocated with the runtime type of the specified array and the
1097      * size of this deque.
1098      *
1099      * <p>If this deque fits in the specified array with room to spare
1100      * (i.e., the array has more elements than this deque), the element in
1101      * the array immediately following the end of the deque is set to
1102      * {@code null}.
1103      *
1104      * <p>Like the {@link #toArray()} method, this method acts as bridge between
1105      * array-based and collection-based APIs.  Further, this method allows
1106      * precise control over the runtime type of the output array, and may,
1107      * under certain circumstances, be used to save allocation costs.
1108      *
1109      * <p>Suppose {@code x} is a deque known to contain only strings.
1110      * The following code can be used to dump the deque into a newly
1111      * allocated array of {@code String}:
1112      *
1113      * <pre> {@code String[] y = x.toArray(new String[0]);}</pre>
1114      *
1115      * Note that {@code toArray(new Object[0])} is identical in function to
1116      * {@code toArray()}.
1117      *
1118      * @param a the array into which the elements of the deque are to
1119      *          be stored, if it is big enough; otherwise, a new array of the
1120      *          same runtime type is allocated for this purpose
1121      * @return an array containing all of the elements in this deque
1122      * @throws ArrayStoreException if the runtime type of the specified array
1123      *         is not a supertype of the runtime type of every element in
1124      *         this deque
1125      * @throws NullPointerException if the specified array is null
1126      */

1127     @SuppressWarnings("unchecked")
1128     public <T> T[] toArray(T[] a) {
1129         final int size;
1130         if ((size = size()) > a.length)
1131             return toArray((Class<T[]>) a.getClass());
1132         final Object[] es = elements;
1133         for (int i = head, j = 0, len = Math.min(size, es.length - i);
1134              ; i = 0, len = tail) {
1135             System.arraycopy(es, i, a, j, len);
1136             if ((j += len) == size) break;
1137         }
1138         if (size < a.length)
1139             a[size] = null;
1140         return a;
1141     }
1142
1143     // *** Object methods ***
1144
1145     /**
1146      * Returns a copy of this deque.
1147      *
1148      * @return a copy of this deque
1149      */

1150     public ArrayDeque<E> clone() {
1151         try {
1152             @SuppressWarnings("unchecked")
1153             ArrayDeque<E> result = (ArrayDeque<E>) super.clone();
1154             result.elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length);
1155             return result;
1156         } catch (CloneNotSupportedException e) {
1157             throw new AssertionError();
1158         }
1159     }
1160
1161     private static final long serialVersionUID = 2340985798034038923L;
1162
1163     /**
1164      * Saves this deque to a stream (that is, serializes it).
1165      *
1166      * @param s the stream
1167      * @throws java.io.IOException if an I/O error occurs
1168      * @serialData The current size ({@code int}) of the deque,
1169      * followed by all of its elements (each an object reference) in
1170      * first-to-last order.
1171      */

1172     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
1173             throws java.io.IOException {
1174         s.defaultWriteObject();
1175
1176         // Write out size
1177         s.writeInt(size());
1178
1179         // Write out elements in order.
1180         final Object[] es = elements;
1181         for (int i = head, end = tail, to = (i <= end) ? end : es.length;
1182              ; i = 0, to = end) {
1183             for (; i < to; i++)
1184                 s.writeObject(es[i]);
1185             if (to == end) break;
1186         }
1187     }
1188
1189     /**
1190      * Reconstitutes this deque from a stream (that is, deserializes it).
1191      * @param s the stream
1192      * @throws ClassNotFoundException if the class of a serialized object
1193      *         could not be found
1194      * @throws java.io.IOException if an I/O error occurs
1195      */

1196     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
1197             throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
1198         s.defaultReadObject();
1199
1200         // Read in size and allocate array
1201         int size = s.readInt();
1202         SharedSecrets.getJavaObjectInputStreamAccess().checkArray(s, Object[].class, size + 1);
1203         elements = new Object[size + 1];
1204         this.tail = size;
1205
1206         // Read in all elements in the proper order.
1207         for (int i = 0; i < size; i++)
1208             elements[i] = s.readObject();
1209     }
1210
1211     /** debugging */
1212     void checkInvariants() {
1213         // Use head and tail fields with empty slot at tail strategy.
1214         // head == tail disambiguates to "empty".
1215         try {
1216             int capacity = elements.length;
1217             // assert 0 <= head && head < capacity;
1218             // assert 0 <= tail && tail < capacity;
1219             // assert capacity > 0;
1220             // assert size() < capacity;
1221             // assert head == tail || elements[head] != null;
1222             // assert elements[tail] == null;
1223             // assert head == tail || elements[dec(tail, capacity)] != null;
1224         } catch (Throwable t) {
1225             System.err.printf("head=%d tail=%d capacity=%d%n",
1226                               head, tail, elements.length);
1227             System.err.printf("elements=%s%n",
1228                               Arrays.toString(elements));
1229             throw t;
1230         }
1231     }
1232
1233 }
1234