【重学数据结构】链表 LinkedList

程序员三明治

发布于 2025-12-18 20:02:04

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链表是什么？

链表是数据元素的线性集合，元素的线性顺序并不对应于内存的物理地址顺序，每个元素指向下一个元素，这样构成了线性序列。

链表的分类

链表有单向链表、双向链表两种类型。

单向链表

一开始我以为ArrayList是单向链表，虽然说ArrayList也实现了List接口，后面仔细查了查发现并不是，单向链表是一个节点只有后向指针的链表，数据结构如图。

代码上就是LinkedList中的Node节点没有pre指针，只有next指针，另外list的属性也是只有head和size，没有tail只想尾部的指针。

双向链表

双向链表中的Node节点既有next指针也有pre指针，另外list的属性也是有size、head和tail，数据结构如下图。

双向链表的实现

平常我们多使用LinkedList双向链表，这里手写一个双向链表来举例。

链表内部类节点

因为链表所有的核心操作都是要对节点的使用，所以节点类是链表的关键。

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E item, Node<E> next) {
        this.item = item;
        this.prev = prev;
        this.next = next;
    }
}

头插节点

    void linkFirst(E e) {
        // 保存当前头部节点
        Node<E> first = head;
        // 创建新节点，插入为新的头部节点
        Node<E> newNode = new Node<E>(null, e, first);
        // 更新头部节点为新节点
        head = newNode;
        // 如果链表之前为空（即原头节点为null），则新节点也是尾部节点
        if (first == null) {
            tail = newNode;
        } else {
            // 否则，更新原头部节点的前驱指针，指向新节点
            first.prev = newNode;
        }
        // 增加链表大小计数
        size++;
    }

尾插节点

    void linkLast(E e) {
        // 保存当前尾部节点
        Node<E> last = tail;
        // 创建新节点，它的前驱是当前的尾部节点，后继为null
        Node<E> newNode = new Node<>(last, e, null);
        // 更新尾节点为新节点
        tail = newNode;
        // 如果尾节点为空，说明列表之前是空的，新节点也应该是头部节点
        if (last == null) {
            head = newNode;
        } else {
            // 否则，更新原尾节点的后继引用为新节点
            last.next = newNode;
        }
        size++;
    }

拆链操作

   void unlink(Node<E> x) {
        Node<E> next = x.next;
        Node<E> prev = x.prev;

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

        if (next == null) {
            tail = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }
        x.item = null;
        size--;
    }

删除操作

删除一个元素必须要先for循环找到此元素，然后对其进行拆链。循环的过程是一个 O(n) 的操作，删除（拆链）的过程是一个 O(1) 的操作。

    @Override
    public boolean remove(E e) {
        if (e == null) {
            for (Node<E> x = head; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = head; x != null; x = x.next) {
                if (x.item.equals(e)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

链表功能自测

public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new LinkedList<>();
        // 添加元素
        list.add("a");
        list.addFirst("b");
        list.addLast("c");
        // 打印列表
        list.printLinkedList();
        // 头插元素
        list.addFirst("d");
        // 删除元素
        list.remove("b");
        // 打印列表
        list.printLinkedList();
    }

测试结果