【数据结构——链表的深度探索】从实现到应用，保姆级攻略
【数据结构——链表深度探索】从实现到应用，保姆级攻略
- 🍁1. 链表的介绍
- 🍁2. 链表的实现
- 🍁2.1 单向链表
- 🍁2.1.1 size()
- 🍁2.1.2 display()
- 🍁2.1.3 contains(int key)
- 🍁2.1.4 addFirst(int key)，addLast(int key)，addIndex(int key, int index)
- 🍁2.1.5 remove(int key)，removeAllKey(int key)
- 🍁2.1.6 clear()
- 🍁2.2 双向链表
- 🍁2.2.1 addFirst(int key)
- 🍁2.2.2 addLast(int key)
- 🍁2.2.3 addIndex(int key, int index)
- 🍁2.2.4 remove(int key)和removeAllKey(int key)
- 🍁2.2.5 clear()
- 🍁3. Java中LinkedList的使用
- 🍁3.1 LinkedList的创建和使用
- 🍁3.2 LinkedList的遍历
- 🍁4. ArrayList和LinkedList的区别
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🍁1. 链表的介绍
链表是数据结构中一种非常重要的基础结构，它不同于数组，链表中的元素在物理存储上并不连续，而是通过指针（或引用）连接在一起。在Java中，链表的应用非常广泛，尤其是在需要动态添加或删除元素的场景中。
🍁2. 链表的实现
🍁2.1 单向链表
单链表中的每个元素都称为节点（Node），每个节点包含两个部分：一部分存储数据（value），另一部分存储指向列表中下一个节点的引用（next）。最后一个节点的next引用为null，表示链表的结束。
所以采用内部类的形式进行创建：
public class MySingleList { static class ListNode { public int value; public ListNode next; public ListNode(int value) { this.value = value; } } public ListNode head; }还可以创建一个IList接口，对其中的增删查改等方法进行规范，之后MySingleList对接口进行实现
public interface IList { void display(); int size(); boolean contains(int key); void addFirst(int key); void addLast(int key); void addIndex(int key,int index); void remove(int key); void removeAllKey(int key); void clear(); }接下来就是方法的实现
🍁2.1.1 size()
返回长度:
只需要将head依次往末尾移动，并记录移动次数进行返回就可以了，当head为null时就表示已经遍历完成
public int size() { ListNode cur = head; int cnt = 0; while (cur != null) { cnt++; cur = cur.next; } return cnt; }🍁2.1.2 display()
遍历打印:
遍历的话需要找到头节点，接着依次往后移动，为了不该变头节点的指向，创建一个cur节点辅助遍历，同样的，结束的标志也是最后的指向不为空
public void display() { ListNode cur = head; while (cur != null) { System.out.print(cur.value + " "); cur = cur.next; } System.out.println(); }🍁2.1.3 contains(int key)
判断值是否存在链表中，这里同样需要依次遍历，然后比较value的值
public boolean contains(int key) { ListNode cur = head; while (cur != null) { if (cur.value == key) { return true; } cur = cur.next; } return false; }🍁2.1.4 addFirst(int key)，addLast(int key)，addIndex(int key, int index)
头插：
头插比较简单，直接创建一个节点，并初始化值，指向原来的head节点，接着改为新的head节点
public void addFirst(int key) { ListNode node = new ListNode(key); node.next = head; head = node; }尾插：
尾插就需要判断head节点是否为null，接着找到尾节点进行插入
public void addLast(int key) { ListNode node = new ListNode(key); //头结点为null，直接插入 if (head == null) { head = node; return; } //找到尾节点进行插入 ListNode cur = head; while (cur.next != null) { cur = cur.next; } cur.next = node; }在指定索引插入：
在指定索引插入就更加麻烦一些，需要对传入的索引进行判断，如果是0.就调用头插的方法，如果等于链表的长度，就调用尾插的方法，如果是中间的索引，就遍历链表，找到该索引进行插入
public void addIndex(int key, int index) { ListNode node = new ListNode(key); //调用头插 if (index == 0) { addFirst(key); return; } //调用尾插 if (index == this.size()) { addLast(key); return; } //传入索引不合法的情况 if (index this.size()) { throw new IndexOutOfBoundsException(); } //找到目标索引进行插入 ListNode cur = head; while (index - 1 != 0) { cur = cur.next; index--; } node.next = cur.next; cur.next = node; }🍁2.1.5 remove(int key)，removeAllKey(int key)
删除指定元素：
如果head为空，直接返回，如果head的value就是目标元素，就把head的下一个节点作为头结点，其他情况就根据value的值寻找目标索引，如果没找到就返回，也就是cur节点为null，找到的话把cur的引用指向cur的之后第二个节点
//根据元素找到目标索引 private ListNode findIndexofKet(int key) { ListNode cur = head; while (cur.next != null) { if (cur.next.value == key) { return cur; } cur = cur.next; } return null; } public void remove(int key) { //头结点为空 if (head == null) { return; } //头结点为目标元素 if (head.value == key) { head = head.next; } //其他节点为目标元素 ListNode cur = findIndexofKet(key); if (cur == null) { return; } cur.next = cur.next.next; }删除所有指定元素：
需要有两个指针，同时往后遍历，删除cur节点所指元素需要将pre节点的next指向cur的next，循环判断，最后还要判断head节点是否为指定元素
public void removeAllKey(int key) { //头结点为null，直接返回 if (this.head == null) { return; } ListNode pre = head; ListNode cur = head.next; //循环删除 while (cur != null) { if (cur.value == key) { pre.next = cur.next; cur = cur.next; } else { pre = cur; cur = cur.next; } } //判断头结点 if (head.value == key) { head = head.next; } }🍁2.1.6 clear()
清空链表：
清空链表只需要遍历链表所有节点，将每一个节点置为null即可，因为是从头结点开始，如果直接将head置为null，后续再找head.next就会报错，所以还需要用一个中间变量cur辅助遍历
public void clear() { ListNode cur = head; while (cur != null) { //创建变量，解决空指针异常 ListNode curn = cur.next; cur = null; cur = curn.next; } head = null; }🍁2.2 双向链表
双向链表有两个指针域，一个指向前一个节点，一个指向后一个节点
public class MyLinkedList implements IList { static class TListNode { public int value; TListNode pre; TListNode next; public TListNode(int value) { this.value = value; } } public TListNode head; public TListNode last; }双向链表的size() ，display()，contains(int key)和单向链表是一样的，下面来实现其他的方法
🍁2.2.1 addFirst(int key)
头插：
public void addFirst(int key) { TListNode node = new TListNode(key); if (head == null) { head = last = node; } else { node.next = head; head.pre = node; head = node; } }🍁2.2.2 addLast(int key)
尾插：
public void addLast(int key) { TListNode node = new TListNode(key); if (head == null) { head = last = node; } else { last.next = node; node.pre = last; last = last.next; } }🍁2.2.3 addIndex(int key, int index)
指定位置插入：
public void addIndex(int key, int index) { TListNode node = new TListNode(key); if(index size()) return; if (index == 0) { addFirst(key); return; } if (index == size()) { addLast(key); } if (index > 0 && index需要修改四个位置，把要插入的节点node的next 指向cur，再把cur.pre的next指向node，此时节点的next都有了指向，接着node的pre指向cur.pre节点，cur的pre再指向node，此时就完成了插入
🍁2.2.4 remove(int key)和removeAllKey(int key)
首先找到要删除的值的索引
private TListNode findIndexofKet(int key) { TListNode cur = head; while (cur != null) { if (cur.value == key) { return cur; } cur = cur.next; } return null; }删除的时候还要考虑是否为头结点和尾节点
public void remove(int key) { TListNode cur = findIndexofKet(key); if(cur == null){ return; } //头节点的情况 if(cur == head){ head = cur.next; //只有一个节点时，指向next后head为null所以当head！=空时才能把pre置为null if (head != null) { head.pre = null; } }else{ cur.pre.next = cur.next; //尾节点的情况 if(cur.next == null){ last = last.pre; }else{ cur.next.pre = cur.pre; } } }相比于单向链表，双向链表的删除所有指定元素就非常简单了，只需要在原来删除一个的基础上稍加修改就可以了
public void removeAllKey(int key) { TListNode cur = head; while (cur != null) { if (cur.value == key) { if (cur == head) { head = cur.next; if (head != null) { head.pre = null; } } else { cur.pre.next = cur.next; if (cur.next == null) { last = last.pre; } else { cur.next.pre = cur.pre; } } } cur = cur.next; } }🍁2.2.5 clear()
清空链表还是依次遍历每一个节点，把每一个节点都置为null，最后把head和last也置为null
public void clear() { TListNode cur = head; while(cur.next!=null){ TListNode curn = cur; curn.pre = null; curn.next = null; cur = curn; } head = last = null; }🍁3. Java中LinkedList的使用
🍁3.1 LinkedList的创建和使用
在上一篇数据结构ArrayList的讲解中已经简单提到过👉点我看回顾，集合的一些基本框架，LinkedList也实现了List接口，所以也可以通过接口创建对象，也可以使用List接口中的方法
public class Demo { public static void main(String[] args) { LinkedList list1 = new LinkedList(); List list2 = new LinkedList(); list1.add(1); list1.add(2); System.out.println(list1); list2.add(1); list2.add(3); System.out.println(list2); } }
可以直接对LinkedList的对象进行打印，也就是说LinkedList重写了toSting方法
这些都是LinkedList中独有的方法，这里就不列举使用了，
🍁3.2 LinkedList的遍历
LinkedList的遍历和ArrayList的遍历方式一样，在上一篇介绍了五种遍历方式，这次再简单回顾一下
public class Demo { public static void main(String[] args) { LinkedList list1 = new LinkedList(); list1.add(1); list1.add(2); list1.add(3); list1.add(4); //迭代器 ListIterator ListIterator lit = list1.listIterator(); while(lit.hasNext()){ System.out.print(lit.next() + " "); } System.out.println(); //Iterator Iterator it = list1.iterator(); while(it.hasNext()){ System.out.print(it.next() + " "); } System.out.println(); //增强for for(Integer l : list1){ System.out.print(l + " "); } System.out.println(); //普通for for(int i = 0;i { System.out.print(e + " "); }); System.out.println(); } }🍁4. ArrayList和LinkedList的区别
ArrayList底层是一个动态数组
LinkedList底层是双向链表
ArrayList:访问元素的时间复杂度为 O(1)（直接通过索引）。
LinkedList:访问元素的时间复杂度为 O(n)（需要从头或尾开始遍历到目标位置）。
ArrayList:
在末尾添加元素的时间复杂度为 O(1)。
在中间插入或删除元素时，时间复杂度为 O(n)，因为需要移动其他元素以保持连续的内存块。
LinkedList:
在任意位置添加或删除元素的时间复杂度为 O(1)，只需改变前后节点的指针（需要先找到目标位置，时间复杂度为 O(n)）。
使用场景：
ArrayList:
适合频繁读取、随机访问元素的场景。
如需要大量顺序读写、索引访问操作。
LinkedList:
适合频繁插入、删除元素的场景，尤其是在列表中间进行操作。
如需要频繁的增删操作，但不常用到随机访问。
