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关于数据结构:揭开链表的真面目

jiezi

链表 是一种常见的数据结构，链表是由一连串的结点组成，这个节点就是 链结点 ，每个链结点都由 数据域 和指针域 两局部组成。

应用链表构造能够克服数组构造须要事后晓得数据大小的毛病，链表构造能够充沛利用计算机内存空间，实现灵便的内存动静治理。然而链表失去了数组随机读取的长处，同时链表因为减少了结点的指针域，空间开销比拟大。

链表比拟好的一种了解是：将链表看成一个火车，每个车厢之间都是相互连接的，只有找到火车头，就能够找到具体的车身。链表也是，咱们只关怀它的头。

一 单向链表

1.1 单向链表原理图

单向链表的一个链结点蕴含数据域和下一个链结点的指针。头结点也蕴含数据域和指针域，然而个别为了不便查找，头节点不写数据，最初一个结点的指针指向空。

1.2 实现单向链表的存储等操作

创立一个链结点的实体类

public class Node {

    // 数据域
    public long data;
    // 指针域
    public Node next;

    public Node(long value){this.data = value;}
}

1.2.1 插入一个节点

在头节点后插入一个结点，第一步须要将新插入的结点指向头结点指向的结点，第二部将头结点指向新插入的结点。插入结点只须要扭转一个援用，所以复杂度为 O(1)。

public class LinkList {

    private Node head;
    /**
     * 在头节点之后插入一个节点
     */
    public void insertFirst(long value){Node node = new Node(value);
        node.next = head;
        head = node;
    }
}

1.2.2 头结点后删除一个结点

在头结点后删除一个结点，就是让头结点指向这个结点的下一个结点。复杂度也是 O(1)。

public Node deleteFirst(){
    Node tmp = head;
    head = tmp.next;
    return tmp;
}

1.2.3 依据数据域查找结点

查找须要比对每个结点的数据，实践上查找一个结点均匀须要 N / 2 次，所以复杂度为 O(N)。

public Node find(long value){

    Node current = head;
    while (current.data != value){if(current.next == null){return null;}
        current = current.next;
    }
    return current;
}

1.2.4 依据数据与删除结点

查找须要比对每个结点的数据，实践上删除一个结点均匀须要 N / 2 次，所以复杂度为 O(N)。

public Node delete(int value){
    Node current = head;
    // 以后结点的前一个结点
    Node pre = head;
    while (current.data != value){if(current.next == null){return null;}
        pre = current;
        current = current.next;
    }
    if(current == head){head = head.next;}else{pre.next = current.next;}
    return current;
}

二 双端链表

2.1 双端链表原理图

双端链表是在单向链表的根底上，头结点减少了一个尾结点的援用。

2.2 实现双端链表的存储等操作

2.2.1 从头部插入结点

如果链表为空，则设置尾结点就是新增加的结点。复杂度为 O(1)。

public class FirstLastLinkList {

    private Node first;
    private Node last;
    /**
     * 在头结点之后插入一个节点
     */
    public void insertFirst(long value){Node node = new Node(value);
        if(first == null){last = node;}
        node.next = first;
        first = node;
    }
}

2.2.2 从尾部插入结点

如果链表为空，则设置头结点为新增加的结点，否则设置尾结点的后一个结点为新增加的结点。复杂度为 O(1)。

public void insertLast(long value){Node node = new Node(value);
    if(first == null){first = node;}else{last.next = node;}
    last = node;
}

2.2.3 从头部进行删除

判断头结点是否有下一个结点，如果没有则设置尾结点为 null，复杂度为 O(1)。

public Node deleteFirst(){

    Node tmp = first;
    if(first.next == null){last = null;}
    first = tmp.next;
    return tmp;
}

三 双向链表

3.1 双向链表原理图

每个结点除了保留对后一个结点的援用外，还保留着对前一个结点的援用。

3.2 实现双向链表的存储等操作

链结点实体类

public class Node {

    // 数据域
    public long data;
    // 后一个结点指针域
    public Node1 next;
    // 前一个结点指针域
    public Node prev;
    
    public Node(long value){this.data = value;}
}

3.2.1 从头部插入结点

如果链表为空，则设置尾结点为新增加的结点，如果不为空，还须要设置头结点的前一个结点为新增加的结点。插入结点只须要扭转两个结点的援用，所以复杂度为 O(1)。

public class DoubleLinkList {

    private Node first;
    private Node last;

    /**
     * 在头结点之后插入一个节点
     */
    public void insertFirst(long value){Node node = new Node(value);
        if(first == null){last = node;} else{first.prev = node;}
        node.next = first;
        first = node;
    }
}

3.2.2 从尾部插入结点

如果链表为空，则设置头结点为新增加的结点，否则设置尾结点的后一个结点为新增加的结点。同时设置新增加的结点的前一个结点为尾结点。插入结点只须要扭转 1 个结点的援用，所以复杂度为 O(1)。

public void insertLast(long value){Node node = new Node(value);
    if(first == null){first = node;}else{
        last.next = node;
        node.prev = last;
    }
    last = node;
}

3.2.3 从头部删除结点

判断头结点是否有下一个结点，如果没有则设置尾结点为 null，否则设置头结点的下一个结点的 prev 为 null。复杂度也为 O(1)。

public Node deleteFirst(){

    Node tmp = first;
    if(first.next == null){last = null;}else{first.next.prev = null;}
    first = tmp.next;
    return tmp;
}

3.2.4 从尾部删除结点

如果头结点后没有其余结点，则设置头结点为 null，否则设置尾结点的前一个结点的 next 为 null，设置尾结点为前一个结点。复杂度为 O(1)。

public Node deleteLast(){

    Node tmp = last; 
    if(first.next == null){first = null;}else{last.prev.next = null;}
    last = last.prev;
    return last;
}

四 总结

链表蕴含一个头结点和多个结点，头结点蕴含一个援用，这个援用通常叫做 first，它指向链表的第一个链结点。结点的 next 为 null，则意味着这个结点时尾结点。与数组相比，链表更适宜做插入、删除操作，而查找操作的复杂度更高。还有一个劣势就是链表不须要初始化内存大小，不会造成内存溢出（数组中插入元素个数超过数组长度）或内存节约（申明的数组长度比理论放的元素长）。

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