LinkedList与链表

你的名字 2023-10-09 17:58 54阅读 0赞

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**目录**

一、ArrayList的缺陷

二、链表

1、链表的概念及结构

2、链表的实现

三、LinkedList的使用

1、什么是LinkedList

2、LinkedList的使用

（1）LinkedList的构造

（2） LinkedList的其他常用方法介绍

（3）LinkedList的遍历

四、ArrayList和LinkedList的区别

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## 一、**ArrayList****的缺陷** ##

通过之前的学习，我们已经熟悉了 ArrayList 的使用，并且进行了简单模拟实现。通过源码知道， ArrayList 底层使用数组来存储元素。

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。

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## **二、链表** ##

### **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 。

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实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

**1. 单向或者双向**

**![93ac05412648478faf6eba9f5afba0ee.png][]**

**2. 带头或者不带头**

![c6cc4df4d517497fa93281ee5bc714d5.png][]

**3. 循环或者非循环**

![5738988a8329493390b1f971ffa874ac.png][]

虽然有这么多的链表的结构，但是我们重点掌握两种:

**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。另外这种结构在**笔试面试** 中出现很多。

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**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。

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### **2、链表的实现**  ###

那么现在，我们可以利用现有的知识，来模拟完成一个链表的实现过程：

public class TwoWayLinkList<T> {
    	//首结点
    	private Node head;
    	//尾结点
    	private Node last;
    	//链表长度
    	private int N;
    	//结点类
    	private class Node{
    		public T item;
    		public Node pre;
    		public Node next;
    		public Node(T item, Node pre, Node next) {
    			this.item = item;
    			this.pre = pre;
    			this.next = next;
    		}
    	}
    	public TwoWayLinkList() {
    		//初始化头结点和尾结点
    		this.head = new Node(null,null,null);
    		this.last = null;
    		//初始化元素个数
    		this.N = 0;
    	}
    	//清空链表
    	public void clear() {
    		this.head.next = null;
    		this.last = null;
    		this.N = 0;
    	}
    	//获取链表长度
    	public int length() {
    		return this.N;
    	}
    	//判断链表是否为空
    	public boolean isEmpty() {
    		return N == 0;
    	}
    	//获取第一个元素
    	public T getFirst() {
    		if (isEmpty()) {
    			return null;
    		}
    		return head.next.item;
    	}
    	//获取最后一个元素
    	public T getLast() {
    		if (isEmpty()) {
    			return null;
    		}
    		return last.item;
    	}
    	//插入元素t
    	public void insert(T t) {
    		//如果链表为空
    		if (isEmpty()) {
    			//创建新结点
    			Node newNode = new Node(t,head,null);
    			//让新结点称为尾结点
    			last = newNode;
    			//让头结点指向尾结点
    			head.next = last;
    		}else {//如果不为空
    			//创建新结点
    			Node newNode = new Node(t,last,null);
    			//让当前尾结点指向新结点
    			last.next = newNode;
    			//让新结点成为尾结点
    			last = newNode;
    		}
    		//元素个数加一
    		this.N++;
    	}
    	//指定位置插入元素t
    	public void insert(int i, T t) {
    		//找到i位置的前一个结点
    		Node pre = head;
    		for (int j = 0; j < i; j++) {
    			pre = pre.next;
    		}
    		//找到i位置的结点
    		Node cur = pre.next;
    		//创建新结点
    		Node newNode = new Node(t,pre,cur);
    		//让前一结点的next变为新结点
    		pre.next = newNode;
    		//让i位置的前一结点变为新结点
    		cur.pre = newNode;
    		//元素个数加一
    		this.N++;
    	}
    	//获取指定位置的元素
    	public T get(int i) {
    		Node now = head.next;
    		for (int j = 0; j < i; j++) {
    			now = now.next;
    		}
    		return now.item;
    	}
    	//找到第一次出现t的位置
    	public int indexOf(T t) {
    		Node now = head;
    		for (int i = 0; now.next != null; i++) {
    			now = now.next;
    			if (now.item.equals(t)) {
    				return i;
    			}
    		}
    		return -1;
    	}
    	//删除i处的元素，并返回其元素
    	public T remove(int i) {
    		//找到前一个结点
    		Node pre = head;
    		for (int j = 0; j < i; j++) {
    			pre = pre.next;
    		}
    		//找到i位置的下一个结点
    		Node cur = pre.next;
    		//找到下一个结点
    		Node nextNode = cur.next;
    		//让前一个结点的next指向下一个结点
    		pre.next = nextNode;
    		//让下一个结点的pre指向前一个结点
    		nextNode.pre = pre;
    		//元素个数减一
    		this.N--;
    		return cur.item;
    	}
    }

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### **三、****LinkedList****的使用** ###

## **1、什么是LinkedList**  ##

关于LinkedList的具体介绍，我们可以看一下它的官方文档;LinkedList 的官方文档

**LinkedList的底层是双向链表结构** ( 链表后面介绍 ) ，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。

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在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：

![405ef6f10fb444018205dc1b9b2830d0.png][]

那么，这里关于LinkedList,我们要注意几点说明：

> 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

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### **2、LinkedList****的使用**  ###

#### （1）**LinkedList****的构造** ####

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#### （2）**LinkedList****的其他常用方法介绍**  ####

![810ae422489f4285975eff3c068e4c3c.png][]

那么，接下来我们来看一下如何使用这些方法：

public static void main(String[] args) {
            LinkedList<Integer> 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<Integer> 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());
            }

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#### **（3）LinkedList****的遍历** ####

和其它的遍历差不多，LinkedList的遍历也有三种方法：

**1、foreach遍历**

for (int e:list) {
        System.out.print(e + " ");
    }
    System.out.println();

**2、使用迭代器遍历---正向遍历**

ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
    
    while(it.hasNext()){
        System.out.print(it.next()+ " ");
    }
    
    System.out.println();

**3、使用反向迭代器---反向遍历**

ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());
    
    while (rit.hasPrevious()){
        System.out.print(rit.previous() +" ");
    }
    
    System.out.println();

当然，还有一种是最常见的循环遍历LinkedList，我们在这里就不赘述了

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## **四、ArrayList和LinkedList的区别** ##

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