数据结构 线性结构篇——链表

一、前言

在前面两章我们讲解了动态数组、栈和队列的讲解，这些底层都是依托静态数组，靠resize解决固定容量问题的，之前虽然用户看到的是动态数组，但是依然使用的是静态数组，他是依靠resize这个方法解决 固定容量问题 ，但是我们今天要讲解的链表不一样，链表是我们数据结构学习的一个重点，也有可能是一个难点，为什么链表这么重要呢？因为他是最简单的也是真正的动态数据结构。

二、为什么链表很重要

链表是一个真正的动态数据结构

最简单的动态数据结构

更深入的理解引用（或者指针）

更深入的理解递归

辅助组成其他数据结构

更深入的理解引用（或者指针）：和内存相关，虽然在 java 中大家不用手动的管理内存，但是对链表这种数据结构，更加深入的理解，可以帮助大家对引用、指针、甚至计算机系统中和内存管理相关的很多话题，有更加深入的认识。

更深入的理解递归：链表本来也是有他非常清晰的递归结构的，、由于链表这种数据结构是 数据结构，我们可以更加深入理解递归，对于递归这种深入理解是不可获取的。

链表本身也是具有功能性：辅助组成其他数据结构（hashMap 、栈和队列）

三、什么是链表

链表是一种数据结构，在内存中通过节点记录内存地址而相互链接形成一条链的储存方式。相比数组而言，链表在内存中不需要连续的区域，只需要每一个节点都能够 记录下一个节点 的 内存地址，通过引用进行查找，这样的特点也就造就了链表增删操作时间消耗很小，而查找遍历时间消耗很大的特点。

我们日常在Java中使用的LinkedList即为双向链表。而在链表是由其基本组成单元节点(Node)来实现的。我们在日常中见到的链表大部分都是单链表和双链表

单元节点 (Node)：

e就是链表元素

next指的是当前节点的下一个节点

对于链表来说它就像我们的火车一样，每一个节点其实就是一节车厢，我们在车厢中存储真正的数据，而车厢和车厢之间还要进行连接，让我们数据是整合在一起的，用户可以方便的在所有的数据上进行查询或其他操作，那么数据和数据连接就是由这个next来完成的

当然链表不能无穷无尽，如果一个节点的next是Null了，就说明这个节点是最后一个节点了，这就是链表

如下图所示（单链表）：链表的优点：真正的动态，不需要处理固定容量的问题链表的缺点：丧失了随机访问的能力

在数组中：每一个索引，直接从数组中拿出索引对应的元素，这是因为从底层机制上，数组所开辟的空间，在内存里是连续分布的，所以我们可以直接可以去找这个数组的偏移，直接计算出这个数据所存储的内存地址，可以直接使用。

链表：而链表是靠Next一层一层连接的，需要借助这个Next一点一点的去找我们需要取出来的元素。

四、创建我们自己的链表

4.1 链表基本结构

内部类Node：设计私有的内部类，对于用户来说不需要知道链表底层实现，不需要知道node这个节点，对用户屏蔽编码实现的底层实现e：元素next：指向Node的一个引用

4.2 添加元素

之前我们讲的是如何在数组中添加元素，我们在数组尾添加元素是非常方便的，因为对于数组来说是顺序排放的，有意思的是对于链表来说，恰恰相反，在链表头添加元素是非常方便的，其实这样非常好理解，对于数组来说我们有size这个变量，它直接指向了数组中最后一个元素下一个位置，也就是下一个待添加元素的位置，所以直接添加就非常容易，因为有size这个变量，在跟踪数组的尾巴，而对于链表来说我们设立了链表的一个头head，而没有变量来跟踪链表的尾巴,所以我们在链表头添加元素是非常方便的，最关键的就是node.next = head 和 head = node，如下图所示：

4.2.1 链表头添加元素

代码实现：

4.2.2 链表中间添加元素：

我们需要在索引为2的地方添加元素 ，我们只需要找到 要插入之前的节点(1)，我们管它叫prev，然后把之前节点的(1) next指向 ，然后在将 的这个节点指向之前节点(1)的之后的节点(2)，就完成了整个插入了，其中关键代码就是 ，其中关键：我们要找到添加节点的前一个节点。

代码实现：

4.2.3 添加操作时间复杂度4.3 为链表设计虚拟头结点

上面我们介绍了链表的添加操作，那么我们在添加的时候遇到了一个问题，就是在链表任意一个地方的时候，添加一个元素，在链表头添加一个元素，和在链表其他地方添加元素，逻辑上会有差别，为什么在链表头添加元素会比较特殊呢，因为我们在链表添加元素的过程，要找到待添加的之前的一个节点，但是由于对于链表头没有之前的一个节点，不过我们可以自己创建一个头结点，这个头节点就是虚拟头结点，这个节点对于用户来说是不存在， 用户也不会感知到这个节点的存在，我们是屏蔽了这个节点的存在，如下图所示：

代码实现：

4.4 链表元素 get、set、是否存在操作

4.5.1 修改和查找操作时间复杂度

4.5 删除链表元素

加入我们想要删除索引为(2)位置的元素，我们需要找到待删除节点之前的一个位置，也就是(1)，我们用prev表示，找到这个节点之后，那么(2)就是我们需要删除的索引了 我们叫delNode，如下图所示：

代码实现：

4.5.1 删除操作时间复杂度4.6 完整代码

4.2.7 结果测试：

打印结果：

四、链表时间复杂度分析

对于增加和删除来说，如果是对链表头进行操作，那么就是O(1)级别的复杂度，对于查询来说，也是一样

五、链表应用

5.1 使用栈实现链表5.1.1 接口类：

5.1.2 实现类：

5.1.3 运行结果：

5.1.4 结果打印：

5.2 使用链表实现队列

5.2.1 接口类

5.2.2 实现类

5.2.2 测试类

打印结果：

六、更多链表结构

6.1 双链表

代码：

6.1 循环列表

代码：

在java中，LinkedList底层使用的就是循环链表，也就是循环双向链表，到这里我们链表就讲解完成了，在阅读中大家如果觉得有改进或者疑问的地方，欢迎大家在下面进行留言，博主看到了会第一时间回复大家。

我是牧小农，怕什么真理无穷，进一步有进一步的欢喜，大家加油！

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