在数组操作中混合按位和普通操作（java）

Question

以下代码来自标准 java 库中的 ArrayDeque。我选择它有点武断，因为在整个代码中有很多这种想法的例子。

public void addFirst(E e) {
    if (e == null)
        throw new NullPointerException();
    elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
    if (head == tail)
        doubleCapacity();
}

基本上，当我读到它时，head 的值减一，然后按位“与”与 elements.length 减一。此操作确定数组的哪个索引将保存新值 e，并允许循环回绕到数组的开头。到目前为止还好（希望没有错）。

但接下来我们就来了：

if (head == tail) doubleCapacity();

head 和 tail 是整数。即使它们在按位“与”之后等于数组中的相同位置（意味着数组已满并且需要扩展），这也不会使它们等于整数（这是正在测试的内容，对吗？）。

所以...我不明白这是如何工作的。

谁能帮忙？

编辑澄清我指的是数组的索引，而不是它的任何元素。

Answer 1

head 和 tail 最初指的是数组的第一个索引 - 0。

后备数组的初始长度默认为 16，并且始终是 2 的幂。这对于您引用的代码的 sn-p 工作很重要。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
^
head
tail

现在假设您将 15 个元素添加到队列的末尾。每次在末尾添加一个元素，tail 索引就会递增，因此在添加 15 次后，您会得到：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
^                                  ^
head                               tail

此时，数组中除15以外的所有索引都被占用了。

现在我们得到你引用的代码：

当您调用addFirst 时，head 应递减（必要时环绕到数组末尾），并在head 的新值的索引处添加新元素。

由于head 为0，head 的新值(head - 1) & (elements.length - 1) 为-1 & 15 或（转换为二进制）11111111111111111111111111111111 & 00000000000000000000000000001111，等于15，数组的最后一个索引。

此时，head 和 tail 都包含数组的最后一个索引 - 15。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
                                   ^
                                   head
                                   tail

这意味着数组已满，必须加倍。

这里要注意的重要一点是(head - 1) & (elements.length - 1) 等价于(head - 1) % elements.length。这只是因为elements.length 是 2 的幂。