LinkedList与链表

小突突突2024-06-14 22:04

目录

[1. 链表](#1. 链表)

[1.1 链表的概念及结构](#1.1 链表的概念及结构)

[2. 无头单向非循环链表实现](#2. 无头单向非循环链表实现)

3.LinkedList的模拟实现

4.LinkedList的使用

[4.1 什么是LinkedList](#4.1 什么是LinkedList)

[4.2 LinkedList的使用](#4.2 LinkedList的使用)

[5. ArrayList和LinkedList的区别](#5. ArrayList和LinkedList的区别)

1. 链表

1.1 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 。

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

1. 单向或者双向

2. 带头或者不带头

3. 循环或者非循环

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. 无头单向非循环链表实现

java 复制代码 
public class MySingleList {
    class ListNode {
        public int val;
        public ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
    //头节点
    public ListNode head;

    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;
    }

    //遍历单链表
    public void show() {
        ListNode cur = head;
        while(cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
    //得到单链表的长度 --》 链表中节点的个数
    public int size() {
        ListNode cur = head;
        int count = 0;
        while(cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = head;
        while(cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    //头插法
    public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        node.next = head;
        head = node;
    }
    //尾插法
    public void addLast(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(head == null) {
            head = node;
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while(cur.next != null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = node;
    }
    //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) {
        if(index < 0 || index > size()) {
            throw new IndexOfBounds("插入数据时, index位置不合法, 此时, index: " + index);
        }
        if(0 == index) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (size() == index) {
            addLast(data);
            return;
        }
//        ListNode node = new ListNode(data);
//        ListNode preCur = head;
//        ListNode cur = head.next;
//        while(index-1 != 0) {
//            cur = cur.next;
//            preCur = preCur.next;
//            index--;
//        }
//        node.next = cur;
//        preCur.next = node;

        //找到插入位置的前一个节点
        ListNode cur = findIndex(index);
        //插入
        ListNode node = new ListNode(data);
        node.next = cur.next;
        cur.next = node;
    }
    // 保存插入节点的前驱节点
    public ListNode findIndex(int index) {
        ListNode cur = head;
        while(index - 1 != 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur;
    }
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            return;
        }
        ListNode prev = searchPrev(key);
        if(prev == null) {
            System.out.println("没有你要删除的数据");
            return;
        }
        ListNode del = prev.next;
        prev.next = del.next;
    }
    // 保存被删除的前驱节点
    public ListNode searchPrev(int key) {
        ListNode prev = head;
        while(prev.next != null) {
            if(prev.next.val == key) {
                return prev;
            }
            prev = prev.next;
        }
        return null;
    }
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = head;
        ListNode cur = head.next;
        while(cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            }else {
                cur = cur.next;
                prev = prev.next;
            }
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
        }
    }
    // 清空链表
    public void clear() {
        this.head = null;
    }
}

3.LinkedList的模拟实现

java 复制代码 
public class MyLinkedList {
    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;

    public int size() {
        int len = 0;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            len++;
            cur = cur.next;
        }
        return len;
    }
    // 打印
    public void display() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

    //查找是否包含关键字key是否在链表当中
    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    //头插法
    public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if (head == null) {
            head = node;
            last = node;
            return;
        }
        node.next = head;
        head.prev = node;
        head = node;
    }

    //尾插法
    public void addLast(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if (head == null) {
            head = node;
            last = node;
            return;
        }
        last.next = node;
        node.prev = last;
        last = node;
    }
    //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) {
        int size = size();
        if(index < 0 || index > size) {
            throw new IndexOfBounds("双向链表index不合法！");
        }
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if(index == size()) {
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while(index != 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        ListNode node = new ListNode(data);
            node.next = cur;
            cur.prev.next = node;
            node.prev = cur.prev;
            cur.prev = node;
    }
    public void remove(int key) {
        ListNode cur = head;
        while(cur != null) {
            // 开始删
            if(cur.val == key) {
                // 删除的如果是头节点
                if(cur == head) {
                    // 如果只有一个节点呢
                    head = head.next;
                    if (head != null) {
                        head.prev = null;
                    }else {
                        last = null;
                    }
                    return;
                }
                // 删除的如果是尾节点
                if(cur == last) {
                    last = last.prev;
                    last.next = null;
                    return;
                }
                // 删除的如果是中间节点
                cur.prev.next = cur.next;
                cur.next.prev = cur.prev;
                return;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        System.out.println("没有你要删除的节点!");
    }
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key) {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            // 开始删
            if (cur.val == key) {
                // 删除的如果是头节点
                if (cur == head) {
                    // 如果只有一个节点呢
                    head = head.next;
                    if (head != null) {
                        head.prev = null;
                    } else {
                        last = null;
                    }
                }else if (cur == last) {
                    // 删除的如果是尾节点
                    last = last.prev;
                    last.next = null;
                }else {
                    // 删除的如果是中间节点
                    cur.prev.next = cur.next;
                    cur.next.prev = cur.prev;
                }
            }
            cur = cur.next;
        }
    }
    // 清空
    public void clear() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.prev = null;
            cur.next = null;
        }
        head = null;
        last = null;
    }
}

4.LinkedList的使用

4.1 什么是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了，因此在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:

  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的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

4.2 LinkedList的使用

  1. LinkedList的构造
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);
}
  1. LinkedList的其他常用方法介绍
  1. LinkedList的遍历
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());
    // foreach遍历
    for (int e:list) {
        System.out.print(e + " ");
    }
    System.out.println();
    // 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();
}

5. ArrayList和LinkedList的区别

ArrayList适合用于"读多写少"的场景，因为它的随机访问性能较好；而LinkedList则更适合于频繁的插入和删除操作，尤其是在列表的两端，因为它能够在这些情况下提供更好的性能。然而，LinkedList的内存开销通常比ArrayList要大，因为每个节点都需要维护额外的引用信息。

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