【数据结构】第四弹——LinkedList与链表

一. ArrayList 的缺陷

上篇文章已经熟悉了ArrayList的使用，并且进行了简单模拟实现。通过源码知道，ArrayList底层使用数组来存储元素

ArrayList源码:

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{// ...//  默认容量是10private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//...// 数组：用来存储元素transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access// 有效元素个数private int size;public ArrayList(int initialCapacity) {if (initialCapacity > 0) {this.elementData = new Object[initialCapacity];} else if (initialCapacity == 0) {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;} else {throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);}
}

其底层是一段连续空间，当在ArrayList任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后搬移，时间复杂度为O(n)，效率比较低，因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构。

二.链表

2.1 链表的概念及结构

链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的

1.从图中可以看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续
2.现实中的节点一般都是从堆上申请出来的
3.从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续

2.2 链表的结构

以下情况组合起来就有8种链表结构：

2.2.1 单向或者双向

2.2.2 带头或者不带头

2.2.3 循环非循环

虽然有这么多的链表的结构，但是我们重点掌握两种:

• 无头单向非循环链表:结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。
  
• 无头双向链表:在Java的集合框架库中LinkedList底层实现就是无头双向循环链表

2.3 链表的实现

1. IList接口

public interface IList {public void addFirst(int data);//尾插法public void addLast(int data);//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标public void addIndex(int index,int data);//查找是否包含关键字key是否在单链表当中public boolean contains(int key);//删除第一次出现关键字为key的节点public void remove(int key);//删除所有值为key的节点public void removeAllKey(int key);//得到单链表的长度public int size();public void clear();public void display();
}

再次回顾:接口中的方法默认都是 public abstract 修饰的,这里不写public也可以

正式使用LinkList 之前还是一样 自己实现一个链表 方便我们更好的理解链表

2. MySingleList 类中具体实现(不带头单向非循环链表)

1. 节点抽象成内部类

手搓一个链表

就是

public void createList() {ListNode node1 = new ListNode(12);ListNode node2 = new ListNode(23);ListNode node3 = new ListNode(34);ListNode node4 = new ListNode(45);ListNode node5 = new ListNode(56);node1.next = node2;node2.next = node3;node3.next = node4;node4.next = node5;this.head = node1;}

2. 头插法

public void addFirst(int data) {ListNode node  = new ListNode(data);node.next=head;head=node;}

3. 尾插法

public void addLast(int data) {ListNode node  = new ListNode(data);if(head==null){node=head;return ;}ListNode cur  =head;while(cur.next!=null){cur=cur.next;}cur.next=node;}

4. 指定位置插入

首先要判断插入的位置是否合法 , 写一个自定义异常

public class IndexException extends RuntimeException{public IndexException(){}public IndexException(String message){super(message);}
}

public void addIndex(int index, int data) {if(index==0){addFirst(data);return ;}int len=size();//获取链表长度if(index==len){addLast(data);}ListNode node=new ListNode(data);ListNode cur=head;try{while(index-1!=0){cur=cur.next;index--;}node.next=cur.next;cur.next=node;}catch (IndexException e){System.out.println("index位置不合法!!!!");e.printStackTrace();}}

5. 是否包含key值

public boolean contains(int key) {//还是需要cur 不能让头结点移动,要不然找不到头了ListNode cur=head;while (cur!=null){if(cur.val==key){return true;}cur=cur.next;}return false;}

6. 删除指定值的节点

public void remove(int key) {ListNode node=new ListNode(key);if(head==null){//空链表  直接return  没啥可删的return;}if(head.val==key){//如果要删的是头  把头定位下一个节点就行了head=head.next;return ;}ListNode cur = findNodeOfKey(key);if(cur==null){return; //没找到要删除的值}ListNode del = cur.next;//要是找到了,就架空del  删除delcur.next=del.next;}public ListNode findNodeOfKey(int key){ListNode cur=head;while (cur.next!=null){if(cur.next.val==key){return cur;}cur=cur.next;}return null;}

7. 删除所有指定值所在节点

public void removeAllKey(int key) {if(head == null) {  //头为空 直接返回return;}ListNode prev = head;ListNode cur = head.next;//cur 代表当前节点是否为你要删除的节点while (cur != null) {if(cur.val == key) { //判断一下是否为指定值prev.next = cur.next;cur = cur.next;//  是指定值就 架空cur 删除cur  并且cur向后走一位}else {prev = cur;cur = cur.next;  //不是指定值就  两个都往后走}}if(head.val == key) {head = head.next;   //头为指定值  删头}}

8. 获取链表长度

 public int size() {int len = 0;ListNode cur = head;while (cur != null) {len++;cur = cur.next;}return len;}

9. 清空链表

两种方法: ①直接head置为空 ,有点暴力
②head cur 一个一个置为空, 更温和一点

public void clear() {ListNode cur = head;while (cur != null) {ListNode curN = cur.next;cur.next = null;cur = curN;}head = null;}

10. 打印链表

 public void display() {ListNode cur = head;while (cur != null) {System.out.print(cur.val+" ");cur = cur.next;}System.out.println();}
}

三. 链表面试题

关于链表的面试题 都在刷题专栏 test1,像练习链表题的同学可以移步刷题专栏的第一篇文章

以上我们讲的都是不带头单向非循环链表

集合类中都是双向链表,大家注意区分,内部类的实现有所区别,双向链表有三个域,前驱域,数据域,后驱域

四. MyLinkedList 的模拟实现(不带头双向非循环链表)

节点抽象成内部类

static class ListNode{public int val;public ListNode prev;public ListNode next;public ListNode(int val) {this.val=val;}}public  ListNode head;public  ListNode last;

1.头插法

2.尾插法

 public void addLast(int data) {
//尾插 遍历整个链表 最后一个节点的next 指向nodeListNode node=new ListNode(data);if(head==null){head=node;return ;}ListNode cur=head;while(cur.next!=null){cur=cur.next;}cur.next=node;}

3.指定位置插入

 public  void addIndex(int index, int data) {int len=size();if(index<0 || index>len){System.out.println("index位置不合法");return;}if(index==0){addFirst(data);return ;}if(index==len){addLast(data);return ;}ListNode cur=head;while(index-1!=0){cur=cur.next;index--;}ListNode node=new ListNode(data);node.next=cur.next;cur.next=node;}

4.是否包含Key值

public boolean contains(int key) {ListNode cur=head;while(cur!=null){if(cur.val==key){return true;}cur=cur.next;}return false;}

5. 删除指定值的节点

public void remove(int key) {if(head==null){return ;}//头是需要删除的值 删除 头if(head.val==key){head=head.next;return ;}ListNode cur=findKeyNode(key);ListNode del=cur.next;//cur是需要删除的节点的前一个if(cur==null){return ;//没有需要删除的节点}cur.next=del.next;//架空删除 哪个需要删除的节点}private ListNode findKeyNode(int key){ListNode cur=head;while(cur.next!=null){if(cur.next.val==key){return cur; //获得需要删除的节点的前一个结点  单链表走过了 无法找到前一个结点}cur=cur.next;}return null;}

6.删除所有指定值的节点

public void removeAllKey(int key) {if(head==null){return ;}if(head.val == key) {head = head.next;}ListNode prev=head;ListNode cur=head.next;while(cur!=null){if(cur.val==key){prev.next=cur.next;cur=cur.next;}else{prev=cur;cur=cur.next;}}}

7. 获取链表长度

public int size() {int count=0;ListNode cur=head;while(cur!=null){count++;cur=cur.next;}return 0;}

8. 清空链表

 public void clear() {//不是把头置为空  太暴力了 我们一个一个置空ListNode cur=head;while(cur!=null) {ListNode curN = cur.next;cur.next  = null;cur = curN;}head=null;}

9.打印链表

public void display() {//打印ListNode cur=head;while(cur!=null){System.out.print(cur.val+" ");cur=cur.next;}System.out.println();}

五. LinkedList 的使用

5.1 什么是LinkedList

LinkList官方文档

LinkedList的底层是双向链表结构，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。

在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：

【说明】

1. LinkedList实现了List接口
2. LinkedList的底层使用了双向链表
3. LinkedList没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问
4. LinkedList在任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为O(1)
5. LinkedList比较适合任意位置插入的场景

5.2 LinkedList 的使用

5.2.1 LinkedList 的构造

 public static void main(String[] args) {// 构造一个空的LinkedListList<Integer> list1 = new LinkedList<>();//无参构造List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>();list2.add("JavaSE");list2.add("JavaWeb");list2.add("JavaEE");// 使用ArrayList构造LinkedListList<String> list3 = new LinkedList<>(list2);// 使用集合容器中的元素构造}

通配符 (讲解ArrayList的博客中有介绍)list2 由List创建 属于LinkedList 的子类所以可以作为参数

5.2.2 LinkedList的其他常用方法介绍

简单演示几个方法 大家也可以自己点击源码查看其他方法的逻辑

5.3 LinkedList的遍历

5.3.1 for遍历

就是MyLinkedList里的display()方法

5.3.2 foreach

 LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();list.add(1);   // add(): 默认尾插list.add(2);list.add(3);list.add(4);list.add(5);list.add(6);list.add(7);System.out.println(list.size());// foreach遍历for (int e:list) {System.out.print(e + " ");}System.out.println();

5.3.3 迭代器遍历(正向反向)

 // 使用迭代器遍历---正向遍历ListIterator<Integer> it = list.listIterator();while(it.hasNext()){System.out.print(it.next()+ " ");}System.out.println();// 使用反向迭代器---反向遍历ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());while (rit.hasPrevious()){System.out.print(rit.previous() +" ");}System.out.println();

六. ArrayList和LinkedList的区别