【数据结构】链表与LinkedList
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本文作者：大家好，我是paper jie，感谢你阅读本文，欢迎一建三连哦。
本文录入于《JAVA数据结构》专栏，本专栏是针对于大学生，编程小白精心打造的。笔者用重金(时间和精力)打造，将javaSE基础知识一网打尽，希望可以帮到读者们哦。
其他专栏：《算法详解》《C语言》《javaSE》等
内容分享：本期将会分享数据结构中的链表知识
目录
链表
链表的概念与结构
单向链表的模拟实现
具体实现代码
MyLinkedList
indexillgality
LinkedList
LinkedList的模拟实现
MyLinkedList
Indexexception
java中的LinkedList
LinkedList的使用
LinkedList的多种遍历
ArrayList与LinkedList的区别
链表
链表的概念与结构
链表是一种物理存储结构上非连续的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的。大家可以把它理解为现实中的绿皮火车
这里要注意：
链式在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定是连续的
现实中的结点一般都是从堆上申请出来的
从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，所以两次申请的空间可能连续，也可能不连续
链表中的结构是多样的，根据情况来使用，一般使用一下结构：
单向或双向
带头和不带头
循环和非循环
这些结构中，我们需要重点掌握两种：
无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独来存数据，实际上更多的是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶，图的邻接表等。
无头双向链表：在我们java的集合框架中LinkedList低层实现的就是无头双向循环链表。
单向链表的模拟实现
下面是单向链表需要实现的一些基本功能：
// 1、无头单向非循环链表实现
public class SingleLinkedList {
//头插法
public void addFirst(int data){
}
//尾插法
public void addLast(int data){
}
//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
public void addIndex(int index,int data){
}
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
public boolean contains(int key){
return false;
}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){
}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){
}
//得到单链表的长度
public int size(){
return -1;
}
public void clear() {
}
public void display() {}
}具体实现代码
MyLinkedList
package myLinkedList;
import sun.awt.image.ImageWatched;
import java.util.List;
/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Description:
* User: sun杰
* Date: 2023-09-14
* Time: 10:38
*/
public class MyLinkedList implements IList{
static class LinkNode {
public int value;
public LinkNode next;
public LinkNode(int data) {
this.value = data;
}
}
LinkNode head;
public void createNode() {
LinkNode linkNode1 = new LinkNode(12);
LinkNode linkNode2 = new LinkNode(23);
LinkNode linkNode3 = new LinkNode(34);
LinkNode linkNode4 = new LinkNode(56);
LinkNode linkNode5 = new LinkNode(78);
linkNode1.next = linkNode2;
linkNode2.next = linkNode3;
linkNode3.next = linkNode4;
linkNode4.next = linkNode5;
this.head = linkNode1;
}
@Override
public void addFirst(int data) {
//实例化一个节点
LinkNode firstNode = new LinkNode(data);
if(this.head == null) {
this.head = firstNode;
return;
}
//将原第一个对象的地址给新节点的next，也就是将head给新next
firstNode.next = this.head;
//将新的对象的地址给head头
this.head = firstNode;
}
@Override
public void addLast(int data) {
//实例化一个节点
LinkNode lastNode = new LinkNode(data);
//找到最后一个节点
LinkNode cur = this.head;
while(cur.next!= null) {
cur = cur.next;
}
cur.next = lastNode;
//将最后一个节点的next记录插入节点的地址
}
@Override
public void addIndex(int index, int data) throws indexillgality {
if(index < 0 || index > size()) {
throw new indexillgality("index不合法");
}
LinkNode linkNode = new LinkNode(data);
if(this.head == null) {
addFirst(data);
return;
}
if(size() == index ) {
addLast(data);
return;
}
LinkNode cur = this.head;
int count = 0;
while(count != index - 1) {
cur = cur.next;
count++;
}
linkNode.next = cur.next;
cur.next = linkNode;
}
@Override
public boolean contains(int key) {
LinkNode cur = this.head;
while(cur != null) {
if(cur.value == key) {
return true;
}
cur = cur.next;
}
return false;
}
@Override
public void remove(int key) {
if(this.head.value == key) {
this.head = this.head.next;
return ;
}
//找前驱
LinkNode cur = findprev(key);
//判断返回值
if(cur != null) {
//删除
LinkNode del = cur.next;
cur.next = del.next;
//cur.next = cur.next.next;
}
}
//找删除的前驱
private LinkNode findprev(int key) {
LinkNode cur = head;
while(cur.next != null) {
if(cur.next.value == key) {
return cur;
}
cur = cur.next;
}
return null;
}
@Override
public void removeAllKey(int key) {
if(size() == 0) {
return ;
}
if(head.value == key) {
head = head.next;
}
LinkNode cur = head.next;
LinkNode prev = head;
while(cur != null) {
if(cur.value == key) {
prev.next = cur.next;
}
prev = cur;
cur = cur.next;
}
}
@Override
public int size() {
LinkNode cur = head;
int count = 0;
while(cur != null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}
@Override
public void display() {
LinkNode x = head;
while(x != null) {
System.out.print(x.value + " ");
x = x.next;
}
System.out.println();
}
@Override
public void clear() {
LinkNode cur = head;
while(cur != null) {
LinkNode curNext = cur.next;
cur.next = null;
cur = curNext;
}
head = null;
}
}indexillgality
这时一个自定义异常
package myLinkedList;
/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Description:
* User: sun杰
* Date: 2023-09-14
* Time: 12:55
*/
public class indexillgality extends RuntimeException {
public indexillgality(String message) {
super(message);
}
}LinkedList
LinkedList的模拟实现
这相当于无头双向链表的实现，下面是它需要的基本功能：
// 2、无头双向链表实现
public class MyLinkedList {
//头插法
public void addFirst(int data){ }
//尾插法
public void addLast(int data){}
//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
public void addIndex(int index,int data){}
//查找是否包含关键字key是否在单链表当中
public boolean contains(int key){}
//删除第一次出现关键字为key的节点
public void remove(int key){}
//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key){}
//得到单链表的长度
public int size(){}
public void display(){}
public void clear(){}
}MyLinkedList
package myLinkedList;
import java.util.List;
/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Description:
* User: sun杰
* Date: 2023-09-20
* Time: 18:49
*/
public class MyLinkedList implements IList {
//单个节点
public static class ListNode {
private int val;
private ListNode prev;
private ListNode next;
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
ListNode head;
ListNode last;
@Override
public void addFirst(int data) {
ListNode cur = new ListNode(data);
if(head == null) {
cur.next = head;
head = cur;
last = cur;
}else {
cur.next = head;
head.prev = cur;
head = cur;
}
}
@Override
public void addLast(int data) {
ListNode cur = new ListNode(data);
if(head == null) {
head = cur;
last = cur;
} else {
last.next = cur;
cur.prev = last;
last = cur;
}
}
@Override
public void addIndex(int index, int data) throws Indexexception {
ListNode cur = new ListNode(data);
if(index < 0 || index > size()) {
throw new Indexexception("下标越界");
}
//数组为空时
if(head == null) {
head = cur;
last = cur;
return ;
}
//数组只有一个节点的时候
if(head.next == null || index == 0) {
head.prev = cur;
cur.next = head;
head = cur;
return;
}
if(index == size()) {
last.next = cur;
cur.prev = last;
return ;
}
//找到对应下标的节点
ListNode x = head;
while(index != 0) {
x = x.next;
index--;
}
//头插法
cur.next = x;
cur.prev = x.prev;
x.prev.next = cur;
x.prev = cur;
}
@Override
public boolean contains(int key) {
ListNode cur = head;
while(cur != null) {
if(cur.val == key) {
return true;
}
cur = cur.next;
}
return false;
}
@Override
public void remove(int key) {
if(head == null) {
return;
}
ListNode cur = head;
while(cur != null) {
if(cur.val == key) {
if(cur.next == null && cur.prev == null) {
head = null;
last = null;
return;
}else if(cur.next == null){
cur.prev.next = null;
last = cur.prev;
return;
}else if(cur.prev == null) {
head = cur.next;
cur.next.prev = null;
return ;
}else {
ListNode frone = cur.prev;
ListNode curnext = cur.next;
frone.next = curnext;
curnext.prev = frone;
return ;
}
}
cur = cur.next;
}
}
@Override
public void removeAllKey(int key) {
if(head == null) {
return;
}
ListNode cur = head;
while(cur != null) {
if(cur.val == key) {
if(cur.next == null && cur.prev == null) {
head = null;
last = null;
} else if(cur.next == null){
cur.prev.next = null;
last = cur.prev;
}else if(cur.prev == null) {
head = cur.next;
cur.next.prev = null;
}else {
ListNode frone = cur.prev;
ListNode curnext = cur.next;
frone.next = curnext;
curnext.prev = frone;
}
}
cur = cur.next;
}
}
@Override
public int size() {
int count = 0;
ListNode cur = head;
while(cur != null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}
@Override
public void display() {
ListNode cur = head;
while(cur != null) {
System.out.print(cur.val + " ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
@Override
public void clear() {
if(head == null) {
return;
}
ListNode cur = head.next;
while(cur != null) {
head = null;
head = cur;
cur = cur.next;
}
head = null;
}
}Indexexception
这也是一个自定义异常
package myLinkedList;
/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Description:
* User: sun杰
* Date: 2023-09-21
* Time: 9:47
*/
public class Indexexception extends RuntimeException{
public Indexexception(String message) {
super(message);
}
}java中的LinkedList
LinkedList的底层是双向链表结构，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。因为这样，在任意位置插入和删除元素时，是不需要搬移元素，效率比较高。
在集合框架中，LinkedList也实现了List接口：
注意：
LinkedList实现了List接口
LinkedList的底层使用的是双向链表
Linked没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问
LinkedList的随机位置插入和删除元素时效率较高，复杂度为O(1)
LinkedList比较适合任意位置插入的场景
LinkedList的使用
LinkedList的构造：
一般来说有两种方法：
无参构造：
List list = new LinkedList<>(); 使用其他集合容器中的元素构造List：
public LinkedList(Collection c)栗子：
public static void main(String[] args) {
// 构造一个空的LinkedList
List list1 = new LinkedList<>();
List list2 = new java.util.ArrayList<>();
list2.add("JavaSE");
list2.add("JavaWeb");
list2.add("JavaEE");
// 使用ArrayList构造LinkedList
List list3 = new LinkedList<>(list2);
} LinkedList的基本方法：
public static void main(String[] args) {
LinkedList 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 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());
} LinkedList的多种遍历
foreach：
public static void main(String[] args) {
List list = new LinkedList<>();
list.add(1);
list.add(3);
list.add(5);
list.add(2);
list.remove(1);
for (int x:list) {
System.out.print(x + " ");
}
} 使用迭代器遍历：
ListIterator it = list.listIterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next() + " ");
}
} ArrayList与LinkedList的区别
