前言
本篇博客给大家带来的是链表的知识点, 其中包括面试经常会提问的真题 ArrayList 和 LinkedList 的区别 .
文章专栏: Java-数据结构
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1.ArrayList的存在的问题
1.ArrayList底层使用连续的空间, 任意位置插入或者删除元素时, 需要将该位置后面的元素整体往前或往后移动,故时间复杂度为 O(N) .
2.增容需要申请新的空间, 拷贝数据, 释放旧空间 会有不小的消耗 .
3.增容一般是呈1.5倍或2倍增长,势必会有一定的空间浪费. 例如当前容量为100时, 假设呈二倍增长,满了以后增容到200, 我们再继续插入5个数据, 后面没有数据插入的话就浪费了95个数据空间.
如果我们想要达到那种随用随取, 有几个数据我就增几个空间,那我们该怎么办呢? - 就是今天要介绍的链表了
2.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 是通过链表种的引用链接次序实现的.
注意:
1. 从上图可看出, 链式结构再逻辑上是连续的的,但是在物理上不一定连续.
2. 现实中的结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
实际中链表的结构非常多样, 一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8种链表的结构, 但是我们重点掌握两种:
1.无头单向非循环链表: 结构简单, 一般不会单独用来存数据. 实际种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 等等. 另外这种结构在笔试 面试中出现很多.
2.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.
2.2链表的实现(无头单向非循环链表)
写到这里, 我想起上篇 顺序表的实现 , 我直接把代码一丢 没做任何解释, 会让初学者看得很难受, 所以这次我得改正这个错误, 尽量让大家都能看懂并且会自己写. 其实解释也是很耗费时间的, 作为一名大二的学生😭, 上专业课和看网课就让我的时间所剩无几, 完后还要写blog, 我真是累成狗了🐶. 但是我还是很开心的, 一方面能够给大家带来知识, 另一方面也是在巩固我的知识.
第一步创建一个类 MySingleList
我们都知道节点是链表里面的 , 所以节点就是链表的成员,这没有问题,
那问题来了, 节点中的数据data呢? 它可以定义为链表的成员吗?
显然是不行的, 因为data是节点里面的, 只需要,在MySingleList类当中再定义一个内部类ListNode就可以解决了.
java
public class MySingleList {
//因为节点是链表的一部分,所以可以将其定义为内部类
static class ListNode {
public int val;//节点的值域
public ListNode next;//下一个节点的地址
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;//表示当前链表的头节点
}所以有了上述代码. 那么接着我想要实现链表的头插法, 尾插法. 我发现没有链表,
那么就自己手动实现一个简单点的,
// 头插法
public void addFirst ( int data ){
}
// 尾插法
public void addLast ( int data ){
}
java
public class MySingleList {
//因为节点是链表的一部分,所以可以将其定义为内部类
static class ListNode {
public int val;//节点的值域
public ListNode next;//下一个节点的地址
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;//表示当前链表的头节点
//手动实现简单链表
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;
}
}好, 到这里 我们就可以来实现链表的基本操作:
第二步实现链表的基本操作
遍历单链表:
java
//遍历单链表
public void display() {
//指向头节点的引用不能动,所以利用cur代替
ListNode cur = this.head;
while(cur != null) {
System.out.print(cur.val+" ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}求链表的长度:
java
//得到单链表的长度
public int size(){
int count = 0;
ListNode cur = this.head;
while(cur != null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}查找关键字key是否包含在链表中:
java
//查找关键字key是否包含在单链表当中
public boolean contains(int key) {
ListNode cur = this.head;
while (cur != null) {
if(key == cur.val) {
return true;
}
cur = cur.next;
}
return false;
}头插法:
java
//头插法
public void addFirst(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
node.next = head;
head = node;
}尾插法:
java
public void addLast(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = this.head;
if(cur == null) {
head = node;
return;
}
while(cur.next != null) {
cur = cur.next;
}
cur.next = node;
node.next = null;
}任意位置插入,第一个数据节点为0号下标:
java
//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()) {
System.out.println("index 不合法");
return;
}
if(index == 0) {
addFirst(data);
return;
}
if(index == size()) {
addLast(data);
return;
}
int count = 0;
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = this.head;
while(count != index-1) {
cur = cur.next;
count++;
}
node.next = cur.next;
cur.next = node;
}清除链表, 直接把head赋值为空即可:
java
//清除单链表
public void clear() {
this.head = null;
}删除第一个值为key的节点:
java
//删除第一个关键字为key的节点
public void remove(int key){
if(head == null) {
return;
}
//单独删除头节点
if(head.val == key) {
head = head.next;
return;
}
ListNode cur = searchPrev(key);
if(cur == null) {
System.out.println("没有找到key");
return;
}
ListNode del = cur.next;
cur.next = del.next;
}
//找到关键字key的前驱
private ListNode searchPrev(int key) {
ListNode cur = this.head;
while(cur.next != null) {
if(cur.next.val == key) {
return cur;
}
cur = cur.next;
}
return null;
}删除值为key的所有节点:
java
//删除所有关键为key的节点
public void removeAll(int key){
if(head == null) {
return;
}
ListNode prev = this.head;
ListNode cur = this.head.next;
while(cur != null) {
if(cur.val == key) {
prev.next = cur.next;
cur = cur.next;
}else {
prev = cur;
cur = cur.next;
}
}
if(head.val == key) {
head = head.next;
}
}下面是全部代码:
java
//因为节点是链表的一部分,所以可以将其定义为内部类
static class ListNode {
public int val;//节点的值域
public ListNode next;//下一个节点的地址
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;//表示当前链表的头节点
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 display() {
//指向头节点的引用不能动,所以利用cur代替
ListNode cur = this.head;
while(cur != null) {
System.out.print(cur.val+" ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
//得到单链表的长度
public int size(){
int count = 0;
ListNode cur = this.head;
while(cur != null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}
//查找关键字key是否包含在单链表当中
public boolean contains(int key) {
ListNode cur = this.head;
while (cur != null) {
if(key == cur.val) {
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);
ListNode cur = this.head;
if(cur == null) {
head = node;
return;
}
while(cur.next != null) {
cur = cur.next;
}
cur.next = node;
node.next = null;
}
//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()) {
System.out.println("index 不合法");
return;
}
if(index == 0) {
addFirst(data);
return;
}
if(index == size()) {
addLast(data);
return;
}
int count = 0;
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = this.head;
while(count != index-1) {
cur = cur.next;
count++;
}
node.next = cur.next;
cur.next = node;
}
//删除第一个关键字为key的节点
public void remove(int key){
if(head == null) {
return;
}
//单独删除头节点
if(head.val == key) {
head = head.next;
return;
}
ListNode cur = searchPrev(key);
if(cur == null) {
System.out.println("没有找到key");
return;
}
ListNode del = cur.next;
cur.next = del.next;
}
//找到关键字key的前驱
private ListNode searchPrev(int key) {
ListNode cur = this.head;
while(cur.next != null) {
if(cur.next.val == key) {
return cur;
}
cur = cur.next;
}
return null;
}
//删除所有关键为key的节点
public void removeAll(int key){
if(head == null) {
return;
}
ListNode prev = this.head;
ListNode cur = this.head.next;
while(cur != null) {
if(cur.val == key) {
prev.next = cur.next;
cur = cur.next;
}else {
prev = cur;
cur = cur.next;
}
}
if(head.val == key) {
head = head.next;
}
}
//清除单链表
public void clear() {
this.head = null;
}3.LinkedList的模拟实现(无头双向链表)
无头双向链表跟上述的单向链表的实现大致相同,不过是多了一个前驱,故不做解释
java
static class ListNode {
private int val;//数据域
private ListNode prev;//前驱
private ListNode next;//后继
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;//双向链表的头节点.
public ListNode last;//双向链表的尾节点.
//头插法
public void addFirst(int data){
ListNode node = new ListNode(data);
if(head == null) {
head = node;
last = node;
}else{
head.prev = node;
node.next = head;
head = node;
}
}
//尾插法
public void addLast(int data){
ListNode node = new ListNode(data);
if(head == null) {
last = node;
head = node;
}else {
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){
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = head;
if(index == 0) {
addFirst(data);
return;
}
if(index == size()) {
addLast(data);
return;
}
if(index != 0 && index != size()) {
for (int i = 0; i < index-1; i++) {
cur = cur.next;
}
node.next = cur.next;
cur.next.prev = node;
cur.next = node;
node.prev = cur;
}
}
//判断Index是否合法
private void checkIndex(int index) {
if(index < 0 || index > size()) {
throw new IndexOutOfException("index 不合法" + index);
}
}
//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;
}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){
ListNode cur = head;
if(head.val == key) {
head = head.next;
if(head != null) {
//考虑只有一个节点的情况下
head.prev = null;
}else{
last = null;
}
return;
}
if(last.val == key) {
last = last.prev;
last.next = null;
return;
}
while(cur != null) {
if(cur.val == key) {
cur.prev.next = cur.next;
cur.next.prev = cur.prev;
return;
}
cur = cur.next;
}
}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){
ListNode cur = head;
while(cur != null) {
if(cur.val == key) {
if(cur == head) {
head = head.next;
head.prev = null;
cur = cur.next;
continue;
}
if(cur == last) {
last = last.prev;
last.next = null;
cur = cur.next;
continue;
}
cur.prev.next = cur.next;
cur.next.prev = cur.prev;
cur = cur.next;
}
cur = cur.next;
}
}
//得到链表的长度
public int size(){
ListNode cur = head;
int count = 0;
while(cur != null) {
cur = cur.next;
count++;
}
return count;
}
//遍历链表
public void display(){
ListNode cur = head;
for (int i = 0; i < size(); i++) {
System.out.print(cur.val + " ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
//清除链表
public void clear(){
/*ListNode cur = head;
while(cur.next != null) {
cur = cur.next;
cur.prev.next = null;
cur.prev = null;
}
//while循环走出来有两种情况:
//1.head.next = null;
//2.cur走到了尾节点.
if(head.next == null) {
head = head.next;
}else {
cur.prev = null;
}
head = null;
last = null;*/
//gaobo写法:
ListNode cur = head;
while(cur != null) {
ListNode curNext = cur.next;
cur.prev = null;
cur.next = null;
cur = curNext;
}
head = null;
last = null;
}4.LinkedList的使用
4.1LinkedList的介绍
LinkedList的官方文档:
LinkedList (Java Platform SE 8 ) (oracle.com)
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。
说明:
-
LinkedList实现了List接口
-
LinkedList的底层使用了双向链表
-
LinkedList没有实现RandomAccess接口, 因此LinkedList不支持随机访问
-
LinkedList的任意位置插入和删除元素时的效率比较高,时间复杂度为O(1)
-
LinkedList比较适合任意位置插入的场景
4.2LinkedList的使用
1.LinkedList的构造
java
public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
//构造一个空的LinkedList
List<Integer> list1 = new LinkedList<>();
List<String> list2 = new ArrayList<>();
list2.add("2334");
list2.add("ieie");
list2.add("uuy");
//使用ArrayList构造LinkedList
List<String> list3 = new LinkedList<>(list2);
System.out.println(list3);
}
}
第二种构造方法与 顺序表中第二种构造方法相似. 这里看不懂的可以去上篇看看顺序表中关于构造方法的讲解.
2.LinekedList的其他常用方法
int indexOf(Object o) 返回第一个o所在下标
int lastlndexOf(Object 0) 返回最后一个o的下标
List<E> subList(int fromlndex, int tolndex) 截取部分 list
5.ArrayList和LinkedList的区别
从不同点处记忆即可