LinkList 的底层数据结构及优缺点

底层数据结构

链表由一系列 节点(Node) 组成,每个节点包含两部分:

  1. 数据域:存储实际数据。

  2. 指针域:存储指向下一个节点(单向链表)或前驱/后继节点(双向链表)的地址。

  • 物理存储 :节点在内存中 非连续分布,通过指针链接形成逻辑上的线性关系。

  • 核心操作:通过指针的重新指向实现插入/删除,无需移动其他元素。


优点

  1. 动态大小

    无需预先分配固定内存,可动态扩展或收缩,避免内存浪费。

  2. 高效插入/删除

    • 时间复杂度:O(1)(已知节点位置时,如头/尾操作)。

    • 仅需修改指针,无需移动其他元素(与数组的 O(n) 对比明显优势)。

  3. 灵活的存储结构

    • 适用于频繁修改的场景(如队列、图邻接表)。

    • 双向链表支持反向遍历,提升某些操作效率。


缺点

  1. 随机访问低效

    • 必须从头节点遍历,时间复杂度 O(n) ,而数组通过索引访问为 O(1)
  2. 额外内存开销

    • 每个节点需存储指针,占用额外空间(尤其是双向链表,每个节点多一个指针)。
  3. 缓存不友好

    • 内存非连续分布,导致 CPU 缓存命中率低,遍历效率低于数组。
  4. 代码复杂度

    • 需要手动管理指针,易出现内存泄漏或指针错误(如双向链表的指针维护)。

不同链表类型的对比

类型 特点 适用场景
单向链表 每个节点仅指向下一个节点,内存占用较少 简单插入/删除(如栈、LRU缓存)
双向链表 支持双向遍历,插入/删除更灵活,但内存占用更高 频繁双向操作(如双向队列)
循环链表 尾节点指向头节点,形成环,适合周期性操作(如轮询调度) 循环队列、轮询任务管理

总结

  • 选择链表:需频繁插入/删除,且不依赖随机访问。

  • 选择数组:需快速访问元素,或内存紧凑性要求高。

  • 优化方向:结合哈希表(如设计 LRU 缓存)可弥补链表访问效率问题。

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