[数据结构] 链表
一.链表
1.链表概念
链表是一种 物理存储结构上非连续 的存储结构 , 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
注意:
- 从上图中可以看出 , 链表结构在逻辑上是连续的 , 但是在物理上是不连续的
- 现实中的结点一般都是从 堆上申请出来的
- 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 , 也可能不连续
2.链表分类(8种)
实际中的链表的结构非常多样 , 以下情况组合起来就有8种
- 单向或双向
- 带头结点或者不带头结点
- 循环或非循环
| 类型 | 结构特点 | 核心引用域 |
|---|---|---|
| 单向链表 | 每个节点只指向后一个节点，尾节点next为null，只能从头部遍历 | next |
| 双向链表 | 每个节点同时指向前后节点，支持双向遍历，尾节点next为null | prev + next |
| 循环链表 | 尾节点的next指向头节点（单向循环）或头节点的prev指向尾节点（双向循环），可循环遍历 | 同单向 / 双向 |
头结点可以存放数据 , 但是无任何意义
3.链表的实现
- 无头单项非循环链表的实现
- 头插法 , 尾插法 , 任意位置插入 , 查找 , 删除 , 长度 , 清空 , 打印等功能
①接口的实现
public interface IList {//头插法public void addFirst(int data);//尾插法public void addLast(int data);//任意位置插入,第一个数据节点为0号下标public void addIndex(int index,int data);//查找是否包含关键字key是否在单链表当中public boolean contains(int key);//删除第一次出现关键字为key的节点public void remove(int key);//删除所有值为key的节点public void removeAllKey(int key);//得到单链表的长度public int size();public void clear();public void display();
}②功能的实现
//无头单项非循环链表的实现
public class MyLinkedList implements IList {static class ListNode {public int val;public ListNode next;public ListNode(int val) {this.val = val;}}public ListNode head;//求链表的长度@Overridepublic int size() {if(head == null) {return 0;}else {int len = 0;ListNode cur = head;while (cur.next != null){cur = cur.next;len++;}return len;}}//头插法@Overridepublic void addFirst(int data) {ListNode node = new ListNode(data);if(head == null){head = node;}else {node.next = head;head = node;}}//尾插法@Overridepublic void addLast(int data) {ListNode node = new ListNode(data);if(head == null){head = node;}else{ListNode cur = head;while(cur.next!=null){cur = cur.next;}cur.next = node;}}//在下标 index 位置 , 插入 data@Overridepublic void addIndex(int index, int data) {ListNode node = new ListNode(data);int len = size();if(index<0||index>len){throw new IndexOutOfBoundsException("下标越界");}if(index == 0){addFirst(data);}if(index == len){addLast(data);}ListNode cur = head;for (int i = 0; i < index; i++) {cur = cur.next;}node.next = cur.next;cur.next = node;}//查找是否包含关键字key是否在单链表当中@Overridepublic boolean contains(int key) {int len = size();if(len == 0) {return false;}ListNode cur = head;while (cur.next!=null)if(cur.val == key) {return true;}cur = cur.next;return false;}//删除第一次出现关键字为key的节点@Overridepublic void remove(int key) {// 空链表直接返回if(head == null) {return;}// 处理头节点是目标节点的情况if(head.val == key) {head = head.next;return;}// 查找并删除中间/尾部的目标节点ListNode cur = head;while (cur.next != null) {if (cur.next.val == key) {// 找到目标节点，进行删除cur.next = cur.next.next;return; // 只删除第一个匹配的节点}cur = cur.next;}// 循环结束仍未找到，说明链表中没有该节点，无需操作}//删除所有值为key的节点@Overridepublic void removeAllKey(int key) {if(head == null){return;}ListNode prev = head;ListNode cur = head.next;while (cur != null){if(cur.val == key){prev.next = cur.next;cur = cur.next;}else {prev = cur;cur = cur.next;}}if(head.val == key ){head = head.next;}}//清空链表@Overridepublic void clear() {ListNode cur = head;while (cur!=null){ListNode curN = cur.next;cur = null;cur = curN;}head =null;}//打印链表@Overridepublic void display() {ListNode cur = head;while (cur!=null){System.out.println(cur.val+" ");cur = cur.next;}}
}4.链表与数组的对比
- 内存分配：链表动态分配内存，数组需连续内存。
- 访问效率：数组随机访问O(1)，链表需遍历O(n)。
- 插入/删除：链表在已知位置操作更高效（O(1)或O(n)），数组需移动元素（O(n)）。
| 对比维度 | 链表（LinkedList） | 数组（ArrayList） |
|---|---|---|
| 内存存储 | 非连续内存，通过引用连接 | 连续内存，元素按索引存储 |
| 增删效率 | 头部 / 尾部增删 O (1)，中间增删 O (n)（需遍历） | 尾部增删 O (1)，头部 / 中间增删 O (n)（需移动元素） |
| 查询效率 | 按索引查询 O (n)（需遍历） | 按索引查询 O (1)（直接通过地址偏移获取） |
| 动态扩容 | 无需扩容（节点可动态创建） | 需扩容（默认扩容为原容量 1.5 倍，浪费内存） |
| 线程安全 | 非线程安全 | 非线程安全 |
| 适用场景 | 频繁增删（尤其是头部 / 尾部）、不确定长度 | 频繁查询、已知大致长度 |
5.总结
- Java 中链表分为自定义链表和内置
LinkedList，LinkedList是双向循环链表，功能强大； - 链表的核心是节点和引用，增删灵活但查询效率低，适合频繁增删的场景；
- 需掌握链表的基本操作（增、删、反转）和经典算法问题，理解指针（引用）的移动逻辑。
例1:
- 给你单链表的头结点
head，请你找出并返回链表的中间结点。 - 如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。
class Solution {public ListNode middleNode(ListNode head) {ListNode cur1 = head;//快指针ListNode cur2 = head;//慢指针while(cur1!=null&&cur1.next!=null){//cur1 = cur1.next.next;cur2 = cur2.next;}return cur2;}
}例2:
- 链表的逆置
//链表的逆置
public ListNode reverseList() {if(head == null||head.next == null) {return head;}ListNode cur = head.next;head.next = null;while(cur != null) {ListNode curN = cur.next;cur.next = head;head = cur;cur = curN;}return head;
}例3:
- 获取倒数第 k 个结点的数据
//获取倒数第 k 个结点的数据public int kthToLast( int k) {if(head == null) return -1;if(k <= 0) {return -1;}ListNode fast = head;ListNode slow = head;int count = 0;while(count != k-1) {fast = fast.next;if(fast == null) {return -1;}count++;}while(fast.next != null) {fast = fast.next;slow = slow.next;}return slow.val;}