LinkedList与链表
目录
1、链表
1.1 链表的概念及结构
1.2 链表的实现
2、LinkedList的模拟实现
3、LinkedList的使用
3.1 什么是LinkedList
3.2 LinkedList的使用
3.3 LinkedList的遍历
4、ArrayList和LinkedList的区别
在上一篇文章中，我们介绍了ArrayList与顺序表，ArrayList底层使用数组来存储元素，它是具有缺陷的。
ArrayList的缺陷：由于其底层是一段连续空间，当 在 ArrayList 任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后 搬移，时间复杂度为 O(n)，效率比较低，因此 ArrayList 不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构。
1、链表
1.1 链表的概念及结构
链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，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。实际中链表的结构非常多样，以下常见的链表结构：
1. 单向或者双向
2. 带头或者不带头
3. 循环或者非循环
我们主要掌握以下两种结构：
- 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。
- 无头双向链表：在Java的集合框架库中LinkedList底层实现就是无头双向循环链表。
1.2 链表的实现
这里我们实现的是无头单向非循环链表：
//无头单向非循环链表实现
public class MySingleList implements IList{
static class ListNode {
public int val;
public ListNode next;
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;
public void CreateLinkedList() {
ListNode node1 = new ListNode(10);
ListNode node2 = new ListNode(20);
ListNode node3 = new ListNode(30);
ListNode node4 = new ListNode(40);
node1.next = node2;
node2.next = node3;
node3.next = node4;
this.head = node1;
}
@Override
public void addFirst(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
if (this.head == null) {
this.head = node;
}else {
node.next = this.head;
this.head = node;
}
}
@Override
public void addLast(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = head;
if (this.head == null) {
this.head = node;
return;
}
while (cur.next!=null) {
cur = cur.next;
}
cur.next = node;
node.next = null;
}
@Override
public void addIndex(int index, int data) throws Indexillegal{
if(index < 0||index > size()){
//抛自定义异常
throw new Indexillegal("插入下标异常："+index);
}
if (index==0) {
addFirst(data);
}
if (index == size()) {
addLast(data);
}
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = searchPre(index);
node.next=cur.next;
cur.next=node;
}
private ListNode searchPre(int index) {
ListNode cur = head;
int count = 0;
while (count != index-1) {
cur=cur.next;
count++;
}
return 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 (this.head == null){
return;
}
if (this.head.val == key) {
this.head=head.next;
return;
}
ListNode cur = DelPrv(key);
if (cur == null) {
System.out.println("要删除的元素不存在");
}else {
ListNode del = cur.next;
cur.next=del.next;
}
}
private ListNode DelPrv(int key) {
ListNode cur = head;
while (cur.next!=null) {
if (cur.next.val==key) {
return cur;
}
cur = cur.next;
}
return null;
}
@Override
public void removeAllKey(int key) {
if (this.head == null) {
return;
}
ListNode prv = head;
ListNode cur = head.next;
while (cur != null) {
if (cur.val == key) {
prv.next=cur.next;
cur=cur.next;
}else {
prv = cur;
cur = cur.next;
}
}
if (this.head.val == key) {
this.head=this.head.next;
}
}
@Override
public int size() {
ListNode cur = head;
int count = 0;
while (cur!=null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}
@Override
public void clear() {
ListNode cur = head;
while (cur!=null) {
ListNode curNext = cur.next;
cur.next = null;
cur = curNext;
}
head = null;
}
@Override
public void display() {
ListNode cur = head;
while (cur!=null) {
System.out.print(cur.val+" ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
//从指定位置打印
public void display(ListNode node) {
ListNode cur = node;
while (cur!=null) {
System.out.print(cur.val+" ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
}其中自定义异常Indexillegal：
public class Indexillegal extends RuntimeException{
public Indexillegal(String msg) {
super(msg);
}
}2、LinkedList的模拟实现
LinkedList底层实现就是无头双向循环链表，所以下面是对无头双向链表的实现：
//无头双向链表的实现
public class MyLinkedList implements IList{
static class ListNode{
public int val;
public ListNode next;
public ListNode prev;
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;
public ListNode last;
@Override
public void addFirst(int data) {
ListNode listNode = new ListNode(data);
if (head == null) {
head = listNode;
last = listNode;
}else {
listNode.next = head;
head.prev=listNode;
head=listNode;
}
}
@Override
public void addLast(int data) {
ListNode listNode = new ListNode(data);
if (head == null){
head = listNode;
last = listNode;
}else {
last.next=listNode;
listNode.prev=last;
last = listNode;
}
}
@Override
public void addIndex(int index, int data) {
int len = size();
if (index < 0|| index > len) {
System.out.println("插入异常");
return;
}
if (index==0) {
addFirst(data);
return;
}
if (index==len) {
addLast(data);
return;
}
ListNode node = new ListNode(data);
ListNode cur = FindIndex(index);
node.next = cur;
cur.prev.next = node;
node.prev = cur.prev;
cur.prev = node;
}
private ListNode FindIndex(int index) {
ListNode cur = head;
while (index != 0){
cur = cur.next;
index--;
}
return 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) {
ListNode cur = head;
while (cur != null) {
if (cur.val == key) {
if (cur == head) {
head = head.next;
if (head == null) {
last = null;
}else {
head.prev = null;
}
}else {
cur.prev.next = cur.next;
if (cur.next == null) {
last = last.prev;
}else {
cur.next.prev = cur.prev;
}
}
return;
}else {
cur = cur.next;
}
}
}
@Override
public void removeAllKey(int key) {
ListNode cur = head;
while (cur != null) {
if (cur.val == key) {
if (cur == head) {
head = head.next;
if (head == null) {
last = null;
}else {
head.prev = null;
}
}else {
cur.prev.next = cur.next;
if (cur.next == null) {
last = last.prev;
}else {
cur.next.prev = cur.prev;
}
}
}
cur = cur.next;
}
}
@Override
public int size() {
ListNode cur = head;
int count = 0;
while (cur!=null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}
@Override
public void clear() {
ListNode cur = head;
while (cur != null) {
ListNode curNext = cur.next;
cur.next = null;
cur.prev = null;
cur = curNext;
}
head = null;
last = null;
}
@Override
public void display() {
ListNode cur = head;
while (cur!=null) {
System.out.print(cur.val+" ");
cur = cur.next;
}
System.out.println();
}
}
3、LinkedList的使用
3.1 什么是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了，因此在在任意位置插入或者删除元素时，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，具体如下：
1. LinkedList实现了List接口
2. LinkedList的底层使用了双向链表
3. LinkedList没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问
4. LinkedList的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为O(1)
5. LinkedList比较适合任意位置插入的场景
3.2 LinkedList的使用
1. LinkedList的构造
| 方法 | 解释 |
| LinkedList() | 无参构造 |
| public LinkedList(Collection c) | 使用其他集合容器中元素构造List |
代码示例：
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);
} 2. LinkedList的其他常用方法介绍
| 方法 | 解释 |
| boolean add(E e) | 尾插 e |
| void add(int index, E element) | 将 e 插入到 index 位置 |
| boolean addAll(Collection c) | 尾插 c 中的元素 |
| E remove(int index) | 删除 index 位置元素 |
| boolean remove(Object o) | 删除遇到的第一个 o |
| E get(int index) | 获取下标 index 位置元素 |
| E set(int index, E element) | 将下标 index 位置元素设置为 element |
| void clear() | 清空 |
| boolean contains(Object o) | 判断 o 是否在线性表中 |
| int indexOf(Object o) | 返回第一个 o 所在下标 |
| int lastIndexOf(Object o) | 返回最后一个 o 的下标 |
|
List |
截取部分 list |
3.3 LinkedList的遍历
遍历方法有：foreach遍历和使用迭代器遍历
代码示例：
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());
// foreach遍历
for (int e:list) {
System.out.print(e + " ");
}
System.out.println();
// 使用迭代器遍历---正向遍历
ListIterator it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next()+ " ");
}
System.out.println();
// 使用反向迭代器---反向遍历
ListIterator rit = list.listIterator(list.size());
while (rit.hasPrevious()){
System.out.print(rit.previous() +" ");
}
System.out.println();
} 4、ArrayList和LinkedList的区别
| 不同点 | ArrayList | LinkedList |
| 存储空间上 | 物理上一定连续 | 逻辑上连续，但物理上不一定连续 |
|
随机访问
|
支持O(1) | 不支持：O(N) |
| 头插 | 需要搬移元素，效率低O(N) | 只需修改引用的指向，时间复杂度为O(1) |
| 插入 |
空间不够时需要扩容
|
没有容量的概念
|
| 应用场景 | 元素高效存储+频繁访问 | 任意位置插入和删除频繁 |
总结：以上就是对LinkedList和链表的总结了，注意它与ArrayList的区别，希望能帮到你们！