java的链式存储结构

た入场券 2022-05-23 00:38 263阅读 0赞

首先，我们应该先了解计算机内部的物理存储结构。

计算机的主要外存就是软盘和硬盘，现在光说硬盘，硬盘是由一个个盘面组成的，每个盘面上由两个磁头读取数据（正反面）。

每个盘面上分为若干个扇区。

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这里主要用到堆和栈。

堆是存储的是数组和对象（其实数组就是对象），凡是new建立的都是在堆中，堆中存放的都是实体（对象），实体用于封装数据，而且是封装多个（实体的多个属性），如果一个数据消失，这个实体也没有消失，还可以用，所以堆是不会随时释放的，但是栈不一样，栈里存放的都是单个变量，变量被释放了，那就没有了。堆里的实体虽然不会被释放，但是会被当成垃圾，Java有垃圾回收机制不定时的收取。

栈首先是一片内存区域，存储的都是局部变量，凡是定义在方法中的都是局部变量（方法外的是全局变量），for循环内部定义的也是局部变量，是先加载函数才能进行局部变量的定义，所以方法先进栈，然后再定义变量，变量有自己的作用域，一旦离开作用域，变量就会被释放。栈内存的更新速度很快，因为局部变量的生命周期都很短。

而存储数据主要是线性结构、链式结构。

线性结构也叫顺序结构，他是把相邻的节点存储在物理位置相邻的存储单元里，通常借助于程序设计中的数组方式来具体实现，所以对应的，数组存储的优缺点也是线性结构存储的优缺点。下面再详细说说两种存储方式的优缺点。

链式结构，它不要求逻辑上相邻的节点在物理位置上也相邻，节点间的逻辑关系是由附加的指针字段表示的，通常借助于程序设计中的指针结构来实现。

下面再说说两者存储方式的优缺点：

线性结构的优点是可以实现随机读取，时间复杂度为O(1)，空间利用率高，缺点是进行插入和删除操作时比较麻烦，时间复杂度为O(n)，同时容量受限制，需要事先确定容量大小，容量过大，浪费空间资源，过小不能满足使用要求，会产生溢出问题。

链式存储结构的优点主要是插入和删除非常简单，前提条件是知道操作位置，时间复杂度是O(1)，但如果不知道造作位置则要定位元素，时间复杂度为O(n)，没有容量的限制，可以使用过程中动态分配的分配内存空间，不用担心溢出问题，但是它并不能实现随机读取，同时空间利用率不高。

下面用java示例程序分析链式存储结构。

首先创建一个实体类Person.class，用来作为链表的数据。

public class Person { public String name; public int age; public String xueli; @Override public String toString() { return "Person [name=" + name + ", age=" + age + ", xueli=" + xueli + "]"; } }

其次，创建一个链表类：LinkNode.class，用来作为链表的单个节点。

public class LinkNode<M> { public M data; public LinkNode nextNode; @Override public String toString() { return "LinkNode [data=" + data + ", nextNode=\n" + nextNode + "]"; } }

这里面，M作为泛型限制着data的类型，也就是上面的Person类，还有一个类似于指针功能的nextNode用来指向下一个节点。

最后创建一个测试类：MainTest.class    里面创建了一个具有一个101个节点的链表。

public class MainTest {
    
    	public static void main(String [] ddd) {
    		//根节点
    		LinkNode<Person> personLink0 = new LinkNode<Person>();	
    		//节点内的数据
    		Person xizhuang = new Person();
    		xizhuang.age = 22;
    		xizhuang.name ="王喜壮";
    		personLink0.data =xizhuang;
    		//创建一个节点，不实例化，只做指针的功能，用来指向最后一个节点，现在personLink0就是最后一个节点
    		LinkNode<Person> personLinkLast = personLink0;		
    		//循环生成100个节点，并将他们连起来
    		for(int i = 0; i < 100; i++) {
    			//生成新的节点
    			LinkNode<Person> personLinknext = new LinkNode<Person>();
    			//放入不同的数据
    			Person personi = new Person();
    			personi.age = 30 + i;
    			personi.name ="张彤" + i;
    			personLinknext.data = personi;
    			//现在把新生成的节点添加到原来链表的后边。
    			personLinkLast.nextNode = personLinknext;
    			//更改最后一个节点的指向，指向现在新生成的节点。直到完成循环。
    			personLinkLast = personLinknext;
    		}
    		
    		System.out.println(personLink0);
    	}
    }

输出结果为：

LinkNode [data=Person [name=王喜壮, age=22, xueli=null], nextNode= LinkNode [data=Person [name=张彤0, age=30, xueli=null], nextNode= LinkNode [data=Person [name=张彤1, age=31, xueli=null], nextNode= LinkNode [data=Person [name=张彤2, age=32, xueli=null], nextNode= ...................................... LinkNode [data=Person [name=张彤97, age=127, xueli=null], nextNode= LinkNode [data=Person [name=张彤98, age=128, xueli=null], nextNode= LinkNode [data=Person [name=张彤99, age=129, xueli=null], nextNode= null]

下面来堆栈的知识分析这个

首先，执行循环之前的操作，第一步：生成第一个节点，赋入数据，并把最后一个节点指向这个节点

![70][]

然后进入循环后的i=0时

![70 1][]

i=1时

![70 2][]

i=2时

![70 3][]

i=3时

![70 4][]

以此类推，直到完全生成一个101个节点的链表。分析图以下省略。

注意，personlinkLast不能实例化，也就是new，因为实例化就等于在堆里分配了空间，他就会一直有一个空的内存块，占用着内存，虽然一个问题不是很大，但是如果多了。就会影响程序的运行速度。示例图如下。

![70 5][]

总结一下，这里主要了解了计算机的硬盘的物理存储结构，堆、栈的概念、和两种存储结构的优缺点，并用java演示并分析的链表的存储方式。

以下附上git方式下载的源文件，供大家参考，Test->Test0527

[点击打开链接][Link 1]

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[70 1]: /images/20220523/51ffd446acf94444a619fa85f8f5a23c.png
[70 2]: /images/20220523/daaac983569c4525b13a2d442c5cd01e.png
[70 3]: /images/20220523/863471ee57704a83a669f30fc26f82e9.png
[70 4]: /images/20220523/c3c89dba6c7d4dd8a09466e06e9c6161.png
[70 5]: /images/20220523/28c7b236b608463d9eec8ba59ffc115e.png
[Link 1]: https://github.com/dreamiboy/Tset.git