揭開鏈表的真面目
鏈表是一種常見的數據結構，鏈表是由一連串的結點組成，這個節點就是鏈結點，每個鏈結點都由數據域和指針域兩部分組成。
使用鏈表結構可以克服數組結構需要預先知道數據大小的缺點，鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實現靈活的內存動態管理。但是鏈表失去了數組隨機讀取的優點，同時鏈表由于增加了結點的指針域，空間開銷比較大。
鏈表比較好的一種理解是：將鏈表看成一個火車，每個車廂之間都是相互連接的，只要找到火車頭，就可以找到具體的車身。鏈表也是，我們只關心它的頭。
一 單向鏈表
1.1 單向鏈表原理圖
單向鏈表的一個鏈結點包含數據域和下一個鏈結點的指針。頭結點也包含數據域和指針域，但是一般為了方便查找，頭節點不寫數據，最后一個結點的指針指向空。
1.2 實現單向鏈表的存儲等操作
創建一個鏈結點的實體類
- public class Node {
- // 數據域
- public long data;
- // 指針域
- public Node next;
- public Node(long value){
- this.data = value;
- }
- }
1.2.1 插入一個節點
在頭節點后插入一個結點，第一步需要將新插入的結點指向頭結點指向的結點，第二步將頭結點指向新插入的結點。插入結點只需要改變一個引用，所以復雜度為O(1)。
- public class LinkList {
- private Node head;
- /**
- * 在頭節點之后插入一個節點
- */
- public void insertFirst(long value){
- Node node = new Node(value);
- node.next = head;
- head = node;
- }
- }
1.2.2 頭結點后刪除一個結點
在頭結點后刪除一個結點，就是讓頭結點指向這個結點的下一個結點。復雜度也是O(1)。
- public Node deleteFirst(){
- Node tmp = head;
- head = tmp.next;
- return tmp;
- }
1.2.3 根據數據域查找結點
查找需要比對每個結點的數據，理論上查找一個結點平均需要N/2次，所以復雜度為O(N)。
- public Node find(long value){
- Node current = head;
- while (current.data != value){
- if(current.next == null){
- return null;
- }
- current = current.next;
- }
- return current;
- }
1.2.4 根據數據與刪除結點
查找需要比對每個結點的數據，理論上刪除一個結點平均需要N/2次，所以復雜度為O(N)。
- public Node delete(int value){
- Node current = head;
- // 當前結點的前一個結點
- Node pre = head;
- while (current.data != value){
- if(current.next == null){
- return null;
- }
- pre = current;
- current = current.next;
- }
- if(current == head){
- head = head.next;
- }else{
- pre.next = current.next;
- }
- return current;
- }
二 雙端鏈表
2.1 雙端鏈表原理圖
雙端鏈表是在單向鏈表的基礎上，頭結點增加了一個尾結點的引用。
2.2 實現雙端鏈表的存儲等操作
2.2.1 從頭部插入結點
如果鏈表為空，則設置尾結點就是新添加的結點。復雜度為O(1)。
- public class FirstLastLinkList {
- private Node first;
- private Node last;
- /**
- * 在頭結點之后插入一個節點
- */
- public void insertFirst(long value){
- Node node = new Node(value);
- if(first == null){
- last = node;
- }
- node.next = first;
- first = node;
- }
- }
2.2.2 從尾部插入結點
如果鏈表為空，則設置頭結點為新添加的結點，否則設置尾結點的后一個結點為新添加的結點。復雜度為O(1)。
- public void insertLast(long value){
- Node node = new Node(value);
- if(first == null){
- first = node;
- }else{
- last.next = node;
- }
- last = node;
- }
2.2.3 從頭部進行刪除
判斷頭結點是否有下一個結點，如果沒有則設置尾結點為null，復雜度為O(1)。
- public Node deleteFirst(){
- Node tmp = first;
- if(first.next == null){
- last = null;
- }
- first = tmp.next;
- return tmp;
- }
三 雙向鏈表
3.1 雙向鏈表原理圖
每個結點除了保存對后一個結點的引用外，還保存著對前一個結點的引用。
3.2 實現雙向鏈表的存儲等操作鏈結點實體類
- public class Node {
- // 數據域
- public long data;
- // 后一個結點指針域
- public Node next;
- // 前一個結點指針域
- public Node prev;
- public Node(long value){
- this.data = value;
- }
- }
3.2.1 從頭部插入結點
如果鏈表為空，則設置尾結點為新添加的結點，如果不為空，還需要設置頭結點的前一個結點為新添加的結點。插入結點只需要改變兩個結點的引用，所以復雜度為O(1)。
- public class DoubleLinkList {
- private Node first;
- private Node last;
- /**
- * 在頭結點之后插入一個節點
- */
- public void insertFirst(long value){
- Node node = new Node(value);
- if(first == null){
- last = node;
- } else{
- first.prev = node;
- }
- node.next = first;
- first = node;
- }
- }
3.2.2 從尾部插入結點
如果鏈表為空，則設置頭結點為新添加的結點，否則設置尾結點的后一個結點為新添加的結點。同時設置新添加的結點的前一個結點為尾結點。插入結點只需要改變1個結點的引用，所以復雜度為O(1)。
- public void insertLast(long value){
- Node node = new Node(value);
- if(first == null){
- first = node;
- }else{
- last.next = node;
- node.prev = last;
- }
- last = node;
- }
3.2.3 從頭部刪除結點
判斷頭結點是否有下一個結點，如果沒有則設置尾結點為null，否則設置頭結點的下一個結點的prev為null。復雜度也為O(1)。
- public Node deleteFirst(){
- Node tmp = first;
- if(first.next == null){
- last = null;
- }else{
- first.next.prev = null;
- }
- first = tmp.next;
- return tmp;
- }
3.2.4 從尾部刪除結點
如果頭結點后沒有其他結點，則設置頭結點為null，否則設置尾結點的前一個結點的next為null，設置尾結點為前一個結點。復雜度為O(1)。
- public Node deleteLast(){
- Node tmp = last;
- if(first.next == null){
- first = null;
- }else{
- last.prev.next = null;
- }
- last = last.prev;
- return last;
- }
四 總結
鏈表包含一個頭結點和多個結點，頭結點包含一個引用，這個引用通常叫做first，它指向鏈表的第一個鏈結點。結點的next為null，則意味著這個結點是尾結點。與數組相比，鏈表更適合做插入、刪除操作，而查找操作的復雜度更高。還有一個優勢就是鏈表不需要初始化內存大小，不會造成內存溢出(數組中插入元素個數超過數組長度)或內存浪費(聲明的數組長度比實際放的元素長)。
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