【数据结构】链表与LinkedList

paper jie2023-10-06 10:06

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本文作者：大家好，我是paper jie，感谢你阅读本文，欢迎一建三连哦。

本文录入于《JAVA数据结构》专栏，本专栏是针对于大学生，编程小白精心打造的。笔者用重金(时间和精力)打造，将javaSE基础知识一网打尽，希望可以帮到读者们哦。

其他专栏：《算法详解》《C语言》《javaSE》等

内容分享：本期将会分享数据结构中的链表知识

目录

链表

链表的概念与结构

单向链表的模拟实现

具体实现代码

MyLinkedList

indexillgality

LinkedList

LinkedList的模拟实现

MyLinkedList

Indexexception

java中的LinkedList

LinkedList的使用

LinkedList的多种遍历

ArrayList与LinkedList的区别

链表

链表的概念与结构

链表是一种物理存储结构上非连续的存储结构，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。大家可以把它理解为现实中的绿皮火车

这里要注意：

链式在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定是连续的

现实中的结点一般都是从堆上申请出来的

从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，所以两次申请的空间可能连续，也可能不连续

链表中的结构是多样的，根据情况来使用，一般使用一下结构：

单向或双向

带头和不带头

循环和非循环

这些结构中，我们需要重点掌握两种：

**无头单向非循环链表：**结构简单，一般不会单独来存数据，实际上更多的是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶，图的邻接表等。

**无头双向链表：**在我们java的集合框架中LinkedList低层实现的就是无头双向循环链表。

单向链表的模拟实现

下面是单向链表需要实现的一些基本功能：

java 复制代码 
// 1、无头单向非循环链表实现
public class SingleLinkedList {
//头插法
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){
return false;
} 
//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(){
return -1;
}
public void clear() {
}
public void display() {}
}

具体实现代码

MyLinkedList
java 复制代码 
package myLinkedList;

import sun.awt.image.ImageWatched;

import java.util.List;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: sun杰
 * Date: 2023-09-14
 * Time: 10:38
 */
public class MyLinkedList implements IList{

    static class LinkNode {
        public int value;
        public LinkNode next;
        public LinkNode(int data) {
            this.value = data;
        }
    }
    LinkNode head;
    public void createNode() {
        LinkNode linkNode1 = new LinkNode(12);
        LinkNode linkNode2 = new LinkNode(23);
        LinkNode linkNode3 = new LinkNode(34);
        LinkNode linkNode4 = new LinkNode(56);
        LinkNode linkNode5 = new LinkNode(78);
        linkNode1.next = linkNode2;
        linkNode2.next = linkNode3;
        linkNode3.next = linkNode4;
        linkNode4.next = linkNode5;
        this.head = linkNode1;
    }


    @Override
    public void addFirst(int data) {
        //实例化一个节点
        LinkNode firstNode = new LinkNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = firstNode;
            return;
        }
        //将原第一个对象的地址给新节点的next，也就是将head给新next
        firstNode.next = this.head;
        //将新的对象的地址给head头
        this.head = firstNode;

    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        //实例化一个节点
        LinkNode lastNode = new LinkNode(data);
        //找到最后一个节点
        LinkNode cur = this.head;
        while(cur.next!= null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = lastNode;
        //将最后一个节点的next记录插入节点的地址
    }

    @Override
    public void addIndex(int index, int data) throws indexillgality {
        if(index < 0 || index > size()) {
            throw new indexillgality("index不合法");
        }
        LinkNode linkNode = new LinkNode(data);
        if(this.head == null) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if(size() == index ) {
            addLast(data);
            return;
        }
        LinkNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while(count != index - 1) {
            cur = cur.next;
            count++;
        }
        linkNode.next = cur.next;
        cur.next = linkNode;
    }

    @Override
    public boolean contains(int key) {
        LinkNode cur = this.head;
        while(cur != null) {
            if(cur.value == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;

    }

    @Override
    public void remove(int key) {
        if(this.head.value == key) {
            this.head = this.head.next;
            return ;
        }
        //找前驱
        LinkNode cur = findprev(key);
        //判断返回值
        if(cur != null) {
            //删除
            LinkNode del = cur.next;
            cur.next = del.next;
            //cur.next = cur.next.next;
        }
    }
    //找删除的前驱
    private LinkNode findprev(int key) {
        LinkNode cur = head;
            while(cur.next != null) {
                if(cur.next.value == key) {
                    return cur;
                }
                cur = cur.next;
            }
        return null;
    }

    @Override
    public void removeAllKey(int key) {
        if(size() == 0) {
            return ;
        }
        if(head.value == key) {
            head = head.next;
        }
        LinkNode cur = head.next;
        LinkNode prev = head;
        while(cur != null) {
            if(cur.value == key) {
                prev.next = cur.next;
            }
            prev = cur;
            cur = cur.next;
        }

    }

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

    @Override
    public void display() {
        LinkNode x = head;
        while(x != null) {
            System.out.print(x.value + " ");
            x = x.next;
        }
        System.out.println();
    }

    @Override
    public void clear() {
        LinkNode cur = head;
        while(cur != null) {
            LinkNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
    }
}
indexillgality

这时一个自定义异常

java 复制代码 
package myLinkedList;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: sun杰
 * Date: 2023-09-14
 * Time: 12:55
 */
public class indexillgality extends RuntimeException {
    public indexillgality(String message) {
        super(message);
    }
}

LinkedList

LinkedList的模拟实现

这相当于无头双向链表的实现，下面是它需要的基本功能：

java 复制代码 
// 2、无头双向链表实现
public class MyLinkedList {
//头插法
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 display(){}
public void clear(){}
}

MyLinkedList

java 复制代码 
package myLinkedList;

import java.util.List;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: sun杰
 * Date: 2023-09-20
 * Time: 18:49
 */
public class MyLinkedList implements IList {

    //单个节点
    public static class ListNode {
        private int val;
        private ListNode prev;
        private ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    ListNode head;
    ListNode last;
    @Override
    public void addFirst(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(head == null) {
            cur.next = head;
            head = cur;
            last = cur;
        }else {
            cur.next = head;
            head.prev = cur;
            head = cur;
        }

    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(head == null) {
            head = cur;
            last = cur;
        } else {
            last.next = cur;
            cur.prev = last;
            last = cur;
        }
    }

    @Override
    public void addIndex(int index, int data) throws Indexexception {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(index < 0 || index > size()) {
            throw new Indexexception("下标越界");
        }

        //数组为空时
        if(head == null) {
            head = cur;
            last = cur;
            return ;
        }

        //数组只有一个节点的时候
        if(head.next == null || index == 0) {
            head.prev = cur;
            cur.next = head;
            head = cur;
            return;
        }

        if(index == size()) {
            last.next = cur;
            cur.prev = last;
            return ;
        }

        //找到对应下标的节点
        ListNode x = head;
        while(index != 0) {
            x = x.next;
            index--;
        }

        //头插法
        cur.next = x;
        cur.prev = x.prev;
        x.prev.next = cur;
        x.prev = cur;

    }

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

    @Override
    public void remove(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while(cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                if(cur.next == null && cur.prev == null) {
                    head = null;
                    last = null;
                    return;
                }else if(cur.next == null){
                    cur.prev.next = null;
                    last = cur.prev;
                    return;
                }else if(cur.prev == null) {
                    head = cur.next;
                    cur.next.prev = null;
                    return ;
                }else {
                    ListNode frone = cur.prev;
                    ListNode curnext = cur.next;
                    frone.next = curnext;
                    curnext.prev = frone;
                    return ;
                }

            }
            cur = cur.next;
        }

    }

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

                }else {
                    ListNode frone = cur.prev;
                    ListNode curnext = cur.next;
                    frone.next = curnext;
                    curnext.prev = frone;
                }
            }
            cur = cur.next;
        }

    }

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

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

    @Override
    public void clear() {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode cur = head.next;
        while(cur != null) {
            head = null;
            head = cur;
            cur = cur.next;
        }
        head = null;
    }
}

Indexexception

这也是一个自定义异常

java 复制代码 
package myLinkedList;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: sun杰
 * Date: 2023-09-21
 * Time: 9:47
 */
public class Indexexception extends RuntimeException{
    public Indexexception(String message) {
        super(message);
    }
}

java中的LinkedList

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。因为这样，在任意位置插入和删除元素时，是不需要搬移元素，效率比较高。

在集合框架中，LinkedList也实现了List接口：

注意：

LinkedList实现了List接口

LinkedList的底层使用的是双向链表

Linked没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问

LinkedList的随机位置插入和删除元素时效率较高，复杂度为O(1)

LinkedList比较适合任意位置插入的场景

LinkedList的使用

LinkedList的构造：

一般来说有两种方法：

无参构造：

java 复制代码 
List<Integer> list = new LinkedList<>();

使用其他集合容器中的元素构造List：

java 复制代码 
public LinkedList(Collection<? extends E> c)

栗子：

java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
// 构造一个空的LinkedList
        List<Integer> list1 = new LinkedList<>();
        List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>();
        list2.add("JavaSE");
        list2.add("JavaWeb");
        list2.add("JavaEE");
// 使用ArrayList构造LinkedList
        List<String> list3 = new LinkedList<>(list2);
    }

LinkedList的基本方法：

java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
list.add(1); // add(elem): 表示尾插
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
list.add(6);
list.add(7);
System.out.println(list.size());
System.out.println(list);
// 在起始位置插入0
list.add(0, 0); // add(index, elem): 在index位置插入元素elem
System.out.println(list);
list.remove(); // remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst()
list.removeFirst(); // removeFirst(): 删除第一个元素
list.removeLast(); // removeLast(): 删除最后元素
list.remove(1); // remove(index): 删除index位置的元素
System.out.println(list);
// contains(elem): 检测elem元素是否存在，如果存在返回true，否则返回false
if(!list.contains(1)){
list.add(0, 1);
}
list.add(1);
System.out.println(list);
System.out.println(list.indexOf(1)); // indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置
System.out.println(list.lastIndexOf(1)); // lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置
int elem = list.get(0); // get(index): 获取指定位置元素
list.set(0, 100); // set(index, elem): 将index位置的元素设置为elem
System.out.println(list);
// subList(from, to): 用list中[from, to)之间的元素构造一个新的LinkedList返回
List<Integer> copy = list.subList(0, 3);
System.out.println(list);
System.out.println(copy);
list.clear(); // 将list中元素清空
System.out.println(list.size());
}

LinkedList的多种遍历

foreach：

java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(1);
        list.add(3);
        list.add(5);
        list.add(2);
        list.remove(1);
        for (int x:list) {
            System.out.print(x + " ");
        }
    }

使用迭代器遍历：

java 复制代码 
ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
        while(it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next() + " ");
        }
    }

ArrayList与LinkedList的区别

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