【数据结构】-- LinkedList与链表（2）

论迹2025-03-14 10:00

文章目录

  • [4. LinkedList的模拟实现](#4. LinkedList的模拟实现)
  • [5. LinkedList的使用](#5. LinkedList的使用)
    • [5.1 什么是LinkedList](#5.1 什么是LinkedList)
    • [5.2 LinkedList的使用](#5.2 LinkedList的使用)
      • [5.2.1 LinkedList的构造](#5.2.1 LinkedList的构造)
      • [5.2.2 LinkedList的其他常用方法介绍](#5.2.2 LinkedList的其他常用方法介绍)
      • [5.2.3 LinkedList的遍历](#5.2.3 LinkedList的遍历)
  • [6. ArrayList和LinkedList的区别](#6. ArrayList和LinkedList的区别)

4. LinkedList的模拟实现

java 复制代码 
public class MyLinkedList {
    static class ListNode{
        public int value;
        public ListNode prev;
        public ListNode next;

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

    public ListNode head;
    public ListNode last;

    /**
     *查找是否包含关键字key是否在单链表中
     * @param key
     * @return
     */
    public boolean contains(int key){
        if (head == null){
            return false;
        }
        ListNode cur = head;
        while (cur != null){
            if (cur.value == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 得到链表的长度
     * @return
     */
    public int size(){
        ListNode cur = head;
        int size = 0;
        while (cur != null){
            size++;
            cur = cur.next;
        }
        return size;
    }

    /**
     * 输出链表
     */
    public void display(){
        ListNode cur = head;
        while (cur != null){
            System.out.print(cur.value + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

    /**
     * 头插法
     * @param data
     */
    public void addFirst(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);

        if (head == null){
            head = node;
            last = node;
            return;
        }

        head.prev = node;
        node.next = head;
        head = node;
    }

    /**
     * 尾插法
     */
    public void addLast(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);

        if (head == null){
            head = node;
            last = node;
        }else {
            last.next = node;
            node.prev = last;
            last = node;
        }
    }

    /**
     * 在任意位置插入，第一个数据结点尾0号下标
     * @param index
     * @param data
     */
    public void addIndex(int index, int data){
        //处理下标不合理的情况
        if (index < 0 || index > size()){
            System.out.println("输入的下标不合理");
            return;
        }

        //头插
        if (index == 0){
            addFirst(data);
            return;
        }

        //尾插
        if (index == size()){
            addLast(data);
            return;
        }

        //中间任意位置插
        ListNode cur = searchIndex(index);
        ListNode node = new ListNode(data);

        node.next = cur;
        node.prev = cur.prev;
        cur.prev.next = node;
        cur.prev = node;

    }


    /**
     * 查找下标为index的结点
     * @return
     */
    private ListNode searchIndex(int index){
        ListNode cur = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur;
    }

    /**
     * 删除第一次出现的关键字key的结点
     * @param key
     */
    public void remove(int key){
        if (head == null){
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while (cur != null){
            if (cur.value == key){
                //处理头节点，如果单独处理会出现越界的情况
                if (head.value == key){
                    head = head.next;
                    //判断是不是链表中只有一个结点
                    if (head != null){
                        head.prev = null;
                    }else {
                        last = null;
                    }
                }else {//处理尾节点，如果单独处理会出现越界的情况
                    cur.prev.next = cur.next;
                    if (cur.next == null){
                        last = cur.prev;
                    }else {
                        cur.next.prev = cur.prev;
                    }
                }
                return;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
    }

    /**
     * 删除所有值为key的结点
     * @param key
     */
    public void removeAllKey(int key){
        if (head == null){
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while (cur != null){
            if (cur.value == key){
                //处理头节点，如果单独处理会出现越界的情况
                if (head.value == key){
                    head = head.next;
                    //判断是不是链表中只有一个结点
                    if (head != null){
                        head.prev = null;
                    }else {
                        last = null;
                    }
                }else {//处理尾节点，如果单独处理会出现越界的情况
                    cur.prev.next = cur.next;
                    if (cur.next == null){
                        last = cur.prev;
                    }else {
                        cur.next.prev = cur.prev;
                    }
                }
            }
            cur = cur.next;
        }
    }

    /**
     * 清空链表
     */
    public void clear(){
        ListNode cur = head;
        while (cur != null){
            ListNode curN = cur.next;
            cur.prev = null;
            cur.next = null;
            cur = curN;
        }
        head = null;
        last = null;
    }
}

5. LinkedList的使用

5.1 什么是LinkedList

LinkedList的底层是双向链表结构(链表后面介绍)，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：

【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

5.2 LinkedList的使用

5.2.1 LinkedList的构造

方法 解释
LinkedList() 无参构造
public LinkedList(Collection<?extends E>C) 使用其他集合容器中元素构造List
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);
 }

5.2.2 LinkedList的其他常用方法介绍

方法 解释
boolean add(E e) 尾插 e
void add(int index, E element) 将 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c) 尾插 c 中的元素
E remove(int index) 删除 index 位置元素
boolean remove(Object o) 删除遇到的第一个 o
E get(int index) 获取下标 index 位置元素
E set(int index, E element) 将下标 index 位置元素设置为 element
void clear() 清空
boolean contains(Object o) 判断 o 是否在线性表中
int indexOf(Object o) 返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf(Object o) 返回最后一个 o 的下标
List subList(int fromIndex, int toIndex) 截取部分List
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());
 }

5.2.3 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();
    }

6. ArrayList和LinkedList的区别

不同点 ArrayList LinkedList
存储空间上 物理上一定连续 逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问 支持O(1) 不支持：O(N)
头插 需要搬移元素，效率低O(N) 只需修改引用的指向，时间复杂度为O(1)
插入 空间不够时需要扩容 没有容量的概念
应用场景 元素高效存储+频繁访问 任意位置插入和删除频繁
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