3. diel - Spojový zoznam v Kotlin

Dnes sa v Kotline tutoriále zameriame na druhý typ zoznamu, ktorým je spojový zoznam. Ide o iný typ kolekcie, ktorý funguje na úplne odlišnom princípe, než pole. Jeho štruktúru si popíšeme a povieme si, kedy je dobré ho využiť.

Spojové zoznamy

Druhou možnosťou vytvorenia zoznamu s premenným počtom prvkov sú tzv. spojové zoznamy. Tie už s poľom vôbec nepracujú a sú založené na odlišnom princípe. Jednotlivé prvky v liste sú v pamäti rôzne rozhádzané (už teda nie sú uložené za sebou) a po sebe idúce prvky na seba odkazujú. Môžeme si to predstaviť ako taký reťazec, keď prvý prvok ukazuje na druhý, druhý na tretí a tak ďalej. Prvky z minulého príkladu by sme si v spojovom zozname mohli predstaviť napr. takto:

Takému spojovému zoznamu sa hovorí jednosmerný (Singly Linked List). Pokiaľ nemáme nejaký vážny dôvod šetriť pamäťou, obvykle na seba dva po sebe idúce prvky ukazujú navzájom (teda aj druhý na prvý a tak ďalej). Hovoríme o obojsmernom spojovom zozname (Doubly Linked List). Ten by v našom prípade vyzeral nejako takto:

Pri spojových zoznamoch sme prišli o možnosť rýchlo pristúpiť k prvku podľa jeho indexu a to kvôli tomu, že prvky už nie sú v pamäti za sebou. Neexistuje spôsob, ako efektívne preskočiť rovno napr. na 100. prvok a prečítať jeho hodnotu. Keď chceme k 100. prvku pristúpiť, musíme z prvého prvku na druhý, z druhého na tretí a tak ďalej až do stovky. Časová zložitosť čítania a zápisu na index teda záleží na počte prvkov v liste.

Niekedy však nepotrebujeme prvky indexovať av tej chvíli sa táto kolekcia stáva veľmi výhodnou. Už na začiatku sme si povedali, že s poľom vôbec nepracujeme. Nie sme teda nijako obmedzení dĺžkou zoznamu a položky môžeme za behu programu pridávať a mazať tak dlho, kým nám bude stačiť pamäť. Pomerne dobre môžeme aj mazať prvky uprostred zoznamu alebo vkladať nové prvky medzi existujúce. Pri pole bolo vloženie prvku možné iba tak, že sme všetky prvky napravo posunuli a vytvorili tak miesto pre nový prvok. To nás stálo nemalý výpočtový čas, ktorý bol závislý od počtu prvkov. V spojovom zozname iba prvok naodkazujeme medzi 2 existujúce, ostatných prvkov sa zmena nedotkne.

Máme teda efektívne vkladanie a mazanie prvkov na úkor neefektívneho prístupu na indexy. Tak už to u dátových štruktúr a algoritmov vôbec býva, niečo za niečo:)

Vidíme, že spojový zoznam a zoznam cez pole sa veľmi líšia. Pokiaľ budeme často pristupovať k prvkom pomocou indexu, bol by spojový zoznam katastrofou. Pokiaľ budeme naopak prvky často vkladať alebo mazať uprostred kolekcie, spojový zoznam si s tým hravo poradí a list s poľom by bol extrémne pomalý.

LinkedList

Spojový zoznam, rovnako ako aj ďalšie kolekcie v Kotline, používa triedy Javy. V tomto prípade je reprezentovaný generickou kolekciou LinkedList. Jedná sa o spojový zoznam obojsmerný, jednosmerný spojový zoznam ani v Jave nenájdeme. Mohli by sme si ho naprogramovať, ale nemá to príliš význam, pretože sa s ním horšie pracuje a úspora pamäte je mizivá. Na obrázku nižšie je opäť vidieť kompletnú hierarchiu tried spojového zoznamu:

LinkedList neobsahuje rovno naše prvky, ako tomu bolo pri kolekcii ArrayList, ale sú v ňom uložené položky typu Node. Sú to uzly, ktoré na seba navzájom ukazujú (odkazujú sa, ak chcete) a disponujú vlastnosťou item. Práve v tej je ešte len uložený náš prvok, ktorý uzol obaľuje. Dodáva tak nášmu prvku ony väzby na prvky okolité. Ukážme si metódy, ktoré má LinkedList oproti klasickému zoznamu ArrayList navyše:

• addFirst() - Pridá nový prvok na začiatok zoznamu.
• addLast() - Pridá nový prvok na koniec zoznamu.
• first() - Vráti prvý prvok.
• last() - Vráti posledný prvok.
• removeFirst() - Odstráni prvý prvok.
• removeLast() - Odstráni posledný prvok.

Vyskúšajme si opäť jednoduchý príklad:

val seznam = LinkedList<Int>()
seznam.add(5)
seznam.addFirst(6)
seznam.addLast(10)
println("${seznam.first()}")
println("${seznam.last()}")

Výstup programu:

6
10

Vytvoríme nový spojový zoznam typu Int. Prvý prvok pridáme štandardnou metódou add(). Číslo 6 pridáme metódou addFirst(), čím sa dostane na začiatok zoznamu. Metódou addLast() pridáme tretí prvok. Nakoniec vypíšeme prvý a posledný prvok.

Skúsme si ešte ono rýchle vkladanie a mazanie prvkov:

val seznam = LinkedList<Int>()
    // inicializace a naplnění spojového seznamu
    seznam.addLast(1)
    seznam.addLast(2)
    seznam.addLast(3)
    seznam.addLast(4)
    seznam.addLast(5)

    // přidávání a mazání v prostředku seznamu
    seznam.add(3, 32)
    seznam.add(3, 31)
    seznam.remove(2)

    // výpis seznamu
    for (i in seznam) {
        print("${i}, ")
    }

Výstup:

1, 2, 31, 32, 4, 5,

Po "spojáku" siahneme hlavne v prípade, keď chceme často vkladať a mazať prvky doprostred zoznamu, čo by pri zozname typu ArrayList bolo veľmi pomalé.

V nasledujúcom kvíze, Kvíz - Genericita, zoznam a spojový zoznam v Kotlin, si vyskúšame nadobudnuté skúsenosti z predchádzajúcich lekcií.

Mal si s čímkoľvek problém? Stiahni si vzorovú aplikáciu nižšie a porovnaj ju so svojím projektom, chybu tak ľahko nájdeš.