【LinkedList与链表】

目录

1，ArrayList的缺陷

2，链表

2.1 链表的概念及结构

2.2 链表的实现

2.2.1 无头单向非循环链表实现

3，LinkedList的模拟实现

3.1 无头双向链表实现

4，LinkedList的使用

4.1 什么是LinkedList

4.2 LinkedList的使用

5，ArrayList和LinkedList的区别

1，ArrayList的缺陷

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。

2，链表

2.1 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 。

链表是由一个一个节点组织起来的，整体就叫做链表

注意：

1，从上图可以看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上（地址）不一定是连续的

2，现实中的节点一般都是从堆上申请出来的

3，从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能连续，可能不连续

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

2. 带头或者不带头

3. 循环或者非循环

我们主讲单向不带头非循环和双向不带头非循环：因为截止到目前为止，所有链表的题考的都是单项不带头非循环

1，单向不带头非循环：

带头：

如果是带头的，头节点里面也可以存储值，但是不具备意义，可以认为头节点是一个标志，永远是头，不会动了，就是说对于不带头的链表，如果把12删了，head就会指向23节点的地址，对于带头的链表来说，把12删了，head还是在原来位置。

循环：

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非循环链表。

2.2 链表的实现

2.2.1 无头单向非循环链表实现

1，首先定义一个类，表链是由多个节点组成的，节点是一个完整的结构，提供给链表使用，我们就可以把节点定义到内部类当中，节点当中至少有两个域，value的类型是int，next是用来存下一个节点的地址的，所以next的类型应该是节点的类类型。

2，整个链表有一个东西叫做head，代表指向当前的链表，属于链表的属性，代表的是链表的头节点部分。head存的也是地址，即类型为节点类型

3，创建链表，外部类里面定义一个方法，用于链表的实现。首先有很多节点，一个一个节点属于节点对象

此时的链表是这样的

问题一：如何让第一个节点和第二个节点关联，以此内推……

当这个方法结束之后，node1，2，3，4，5就不会存地址了，他们属于局部变量，局部变量会被回收，所以这个方法走完之后，就没有这几个局部变量了

此时，就形成了一个链表

测试类：

4，打印链表

问题一：怎么从第一个节点走到第二个节点……

head = head.next

问题二：链表什么时候遍历完？

head = null ，整个链表会遍历完。若head.next = null ，56不会打印

还是在外部类中定义一个方法，用于遍历链表

测试类：

5，求链表的长度 ，还是在外部类当中定义一个方法，定义一个count用来计数。

测试类：

6，头插法

我们插入的是一个节点，实例化出来一个节点对象，再把这个节点插入到头节点的前面，head指向的位置应该指向插入节点的位置

node.next = head

head = node

两个顺序不可交换，插入节点的时候，一般首先绑后面

哪怕你所插入的链表是一个空链表，这个代码也是可以完成的

即我们在创建链表的时候，就可以不用上面createList（）方法（枚举）来创建了，直接只要头插即可

测试类：

7，尾插法

首先还是需要实例化一个节点，在需要找到当前链表的尾巴，然后在把尾巴的next置为你所插入节点的地址即可

但是还需要考虑你的head为空的时候

测试类：

8，任意位置插入

可以把原链表做一个位置标记，然后在某位置前面插入。例如在2位置前面插入一个节点。

首先要找到2位置的前一个节点，cur只需要走2-1步。将插入节点的next改为1位置的next，在把1位置的next改为所插入节点的地址。定义一个count来记录cur的位置

还要考虑其他问题：

index == 0—>头插法        index == size—>尾插法

index  size 位置不合法，抛异常即可  

测试类：

9，判断某个关键字是否在链表当中  

测试类：

10，删除第一次出现的关键字节点

首先要遍历链表，是否你要删除的val。然后找到val节点的前一个节点cur，不能走到val节点，他是单向链表，不能再回去了。在将你要删除的节点val定义为del，将 cur.next = del.next 或者写成cur.next = cur.next。next 即可。

注意：此代码不能删除头节点，需要另外判断

测试类：

11，删除链表里面所有的key

要求：对其本身就行修改

首先定义两个引用cur（代表当前需要删除的节点）prev（代表cur节点的前驱节点），判断if（cur.val==key），如果成立，让prev.next 等于cur节点的下一个节点（cur.next），再让cur往后走（cur = cur.next），prev还不能走，因为永远要保持是cur的前驱。然后继续判断，如果if条件不成立，则需判断else的情况，因为cur不是你要删除的key，需要让perv走到cur（perv = cur），再让cur走向下一个节点（cur = cur.next）。

但是这种情况没有考虑到头节点也需要删除。我们只需要判断一下头节点是否是你需要删除的key，如果是，删除头节点（head = head.next），如果下个一个头节点还是你要删除的key，则循环判断即可，或者先让上面的代码走完在判断即可。

测试类：

12，清空链表

让每一个节点都被回收掉，最直接的方式将head置为空，意味着head不在引用这个对象，即所有节点都会被回收。还要一种做法，定义cur，将cur.val置为空，将cur.next置为空，cur再往后走。但是要考虑头节点的val

3，LinkedList的模拟实现

LinkedList是Java的一个集合类，这个类可以当作链表来使用。前提是这个链表是一个双向链表

首先这种链表的节点，至少包含3个域，其中val是你存放的值，next是下一个节点的地址，prev是上一个节点的地址。同时LinkedList底层实现的时候，还加了一个last，代表永远指向链表的尾巴 

3.1 无头双向链表实现

首先创建MyListedList类用来实现双向链表，在定义一个内部类来创建一个节点，在创建出head，last。

1，实现双向链表的长度

定义一个cur来遍历链表，定义一个count用来记录链表长度。

2，打印链表的val

3，查找链表是否包含关键key

4，头插法

首先new一个节点，将这个节点插入到当前链表的头部，修改head.prve，node.next和head=node即可。

还有可能一个节点都没有，即head和last都为空，让head和last同时指向node即可

5，尾插法

如果是空的来链表，让head和last同时指向node即可

若不空，只需要修改last.next，node.prev和last=node

6，任意位置插入

现在不用在定义一个cur走到需要插入位置的前一个，因为现在的节点里面包含next和prev，直接走到所插入位置即可。

7，删除关键字key

首先找到当前节点，只需要将cur的前一个节点的next等于cur的后一个节点，cur后一个节点的perv等于cur前的一个节点即可 

但是呢，这个代码是存在问题的。如果说我们在这要删除头节点12，if条件成立，走if里面的代码，发现cur.prev是null，会出现空指针异常。

那么我们在删除头节点时，只需要将head往后走，在将head的prev置为null即可。

那么此时又会出现一个问题，如果说cur等于last（删除尾巴节点），上面else里面的代码，第一条是没有问题的，将cur的前驱的next置为null。

但是第二行代码就有问题，cur的next为空，空的前驱就会空指针异常。

所以在这种情况下就可以不执行这条代码，让cur的前驱的next置为null以后，让last等于last的前驱即可！！！

还有一个问题，当前链表只有一个节点！

此时的代码对于当前链表是无法执行的，走到红色框框里面的时候，head的next为null，即head等于null，然后head的prev就会空指针异常！！！

所以如果只有一个节点的情况下，走到head = head.next 的时候（head为null），说明只有一个节点，让head的前驱置为null，否则让last置为null。

8，删除所有的值为key的节点

在remove方法中，我们删除一个节点以后直接return出去，我们只需要删完一个之后继续判断即可，不return出去！！！

9，清空（）回收每一个节点

方法一：直接将head和last置为null

方法二：将每一个节点的val，prev，next（假如都是引用类型）置为null，再将head和last置为null，因为把每一个节点置为null后，head和last都还引用着对应的节点

到此，我们自己实现了一个双向链表

4，LinkedList的使用

4.1 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。

【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)

这里时间复杂度O（1）指的是删除的时候不需要移动元素，但是在找删除元素位置的时候，需要遍历链表，时间复杂度为O（N）。

5. LinkedList比较适合任意位置插入的场景

4.2 LinkedList的使用

写法：

进入LinkedList的源码：实现了这些接口

代表此时我们是以双向链表的形式去使用的

如果是Queue去引用LinkedList，是当作队列去使用（后序会讲的）

1，LinkedList的构造

带参数的构造方法：

在顺序表中讲过，这个？称为通配符，要么为E，要么为E的子类。这个E就是你当前List所指定的泛型类型

还可以用ArrayList来进行传递，因为ArrayList，LinkedList都实现了Collection接口

2. LinkedList的其他常用方法介绍

add：进入add的源码

默认是一个尾插法

3，LinkedList的遍历

foreach循环：

for循环：

有一个问题：如果说是在此时打印一个删除一个，打印一个删除一个，会输出什么？

是不可以的，因为size一直在变化，把1打印之后，有删掉1，只剩下2和3两个元素，且size变成2了，再次打印的时候， i 等于1，就是打印3，即输出1和3。

如果把size变成一个固定的

我们发现，出现了下标越界异常。

所以，一边遍历一遍删，必然会出现问题。当打印完0下标的元素时，删掉0下标的元素，0下标就会指向2元素位置，当 i 等于2时，要打印2下标的元素，此时就会下标越界！！！

使用迭代器遍历：

iterator：

Listiterator：

iterator和Listiterator没有区别，他们是父子关系，只是Listiterator可以倒着打印

Iterator是不具备Previous这个类的，要使用ListIterator

5，ArrayList和LinkedList的区别