【Java】链表LinkedList

文章目录

• 一、链表
• • 1.1 链表的概念
  • 1.2 链表的结构
  • 二、LinkedList的简介
  • 三、LinkedList的使用
  • • 3.1 构造方法
    • 3.2 常见操作
    • 3.3 遍历方法
    • 四、LinkedList的模拟实现
    • 五、LinkedList 和 ArrayList 的区别

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      一、链表

      1.1 链表的概念

      链表（Linked List）是一种常见的数据结构，用于存储和组织数据。它由一系列节点（Node）组成，每个节点包含两个主要部分：数据域（Data）和指针域（Pointer）。

      数据域存储节点所需的数据或信息，可以是任意类型的数据，如整数、字符、对象等。指针域则指向链表中的下一个节点，将节点连接起来形成链表结构。

      链表中的节点并不一定按照物理上的连续位置存储，而是通过指针域相互连接。这使得链表能够灵活地插入、删除和修改节点，而无需像数组那样进行元素的移动。

      链表的优点是可以高效地插入和删除节点，而无需移动其他节点。然而，由于链表中的节点不是连续存储的，访问特定位置的节点需要从头部开始遍历，因此随机访问的效率较低。

      1.2 链表的结构

      在实际的应用场景中，链表的结构非常多样，以下是常见的链表结构：

      1. 单项链表

         单向链表（Singly Linked List）是一种基本的链表结构，每个节点包含两个主要部分：数据域和指针域。以下是单向链表的结构示意图：

      

      • 在单向链表中，每个节点包含一个数据域，用于存储节点所需的数据，以及一个指针域，指向链表中的下一个节点。最后一个节点的指针域通常指向空值（NULL），表示链表的结束。

      • 通过这种方式，节点之间通过指针链接在一起，形成一个链表结构。链表的头部节点通过外部引用进行访问，然后可以依次遍历访问链表中的每个节点。

      • 由于单向链表只有一个方向的指针，所以只能从头部节点开始顺序遍历访问，无法直接访问后续节点，也无法在常量时间内进行反向遍历。

      • 单向链表在插入和删除节点时具有较好的性能，因为只需要修改节点的指针，而不需要移动其他节点。然而，在访问特定位置的节点时，需要从头部节点开始遍历整个链表，导致访问效率较低。

        1. 双向链表

           双向链表（Doubly Linked List）的每个节点包含两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。这使得节点可以在两个方向上进行遍历和访问，提供了更多的灵活性和功能。

        以下是双向链表的结构示意图：

        

        • 在双向链表中，每个节点包含一个数据域和两个指针域。除了指向下一个节点的指针域（Next Pointer），还有一个指向前一个节点的指针域（Prev Pointer）。头部节点的 Prev Pointer 通常指向空值（NULL），尾部节点的 Next Pointer 也指向空值。

        • 通过 Prev Pointer 和 Next Pointer，双向链表允许在链表的两个方向上遍历和访问节点。这使得在某些情况下，例如在链表末尾插入或删除节点，可以更高效地操作链表。

        • 与单向链表相比，双向链表的操作稍微复杂一些，因为每个节点需要维护两个指针。但双向链表提供了更多的功能和灵活性，如可以从头部或尾部快速插入或删除节点，以及可以在两个方向上进行遍历和搜索。

          1. 带头节点的链表

          带头结点的链表在头部添加了一个额外的节点作为头结点（Header Node）或哑节点（Dummy Node），这个头结点不存储任何实际的数据。

          以下是带头结点的链表的结构示意图：

          

          • 头结点位于链表的起始位置，其主要作用是方便链表的操作和管理。它不存储实际的数据，只包含一个指针域，指向链表中的第一个实际节点。

          • 带头结点的链表的优点在于简化了链表的操作。它确保链表中始终存在一个非空节点，简化了插入、删除和遍历等操作的实现。此外，头结点可以用于存储链表的一些统计信息或提供其他便利的功能。

          • 在带头结点的链表中，链表的第一个实际节点为头结点的下一个节点。通过头结点，可以轻松地访问链表中的实际数据节点，并进行相应的操作。

          • 当遍历带头结点的链表时，通常从头结点的下一个节点开始，直到遇到指针域为 NULL 的节点，表示链表结束。

            1. 循环链表

               循环链表（Circular Linked List）是一种特殊的链表结构，其中最后一个节点的指针指向链表的头部节点，形成一个闭环。

            以下是循环链表的结构示意图：

            

            • 在循环链表中，每个节点仍然包含数据域和指针域，但最后一个节点的指针域不再指向空值（NULL），而是指向链表的头部节点。

            • 这样的设计使得链表形成一个循环结构，可以通过任何节点开始遍历整个链表。从任何节点出发，通过指针的循环跳转，可以访问链表中的所有节点。

            • 循环链表的优点在于在遍历和操作链表时，不需要考虑链表的结束位置。无论从哪个节点开始遍历，总能回到起始位置，避免了在常规链表中遇到的空指针异常。

              二、LinkedList的简介

              在Java中，LinkedList（链表）是Java集合框架提供的一个实现了List接口的类。它是基于双向链表结构实现的，可以用于存储和操作元素的有序集合。

              继承体系结构如下：

              

              三、LinkedList的使用

              3.1 构造方法

              LinkedList类提供了以下几种构造方法：

              1. LinkedList()：创建一个空的LinkedList对象。

              LinkedList list = new LinkedList();
              

              1. LinkedList(Collection