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如何学习并掌握链表
本篇内容介绍了“如何学习并掌握链表”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！
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简介
链表(Linked List)是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的指针(Pointer)。
链表是由数据域和指针域两部分组成的，它的组成结构如下：
复杂度分析
由于链表无需按顺序存储，因此链表在插入的时可以达到 O(1) 的复杂度，比顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要 O(n) 的时间，而顺序表插入和查询的时间复杂度分别是 O(log n) 和 O(1)。
优缺点分析
使用链表结构可以克服数组链表需要预先知道数据大小的缺点，链表结构可以充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。但是链表失去了数组随机读取的优点，同时链表由于增加了结点的指针域，空间开销比较大。
分类
链表通常会分为以下三类：
单向链表
双向链表
循环链表
单循链表
双循环链表
1.单向链表
链表中最简单的一种是单向链表，或叫单链表，它包含两个域，一个数据域和一个指针域，指针域用于指向下一个节点，而最后一个节点则指向一个空值，如下图所示：
单链表的遍历方向单一，只能从链头一直遍历到链尾。它的缺点是当要查询某一个节点的前一个节点时，只能再次从头进行遍历查询，因此效率比较低，而双向链表的出现恰好解决了这个问题。
接下来，我们用代码来实现一下单向链表的节点：
private static class Node{ E item; Node next; Node(E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; } }
2.双向链表
双向链表也叫双面链表，它的每个节点由三部分组成：prev 指针指向前置节点，此节点的数据和 next 指针指向后置节点，如下图所示：
接下来，我们用代码来实现一下双向链表的节点：
private static class Node{ E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
3.循环链表
循环链表又分为单循环链表和双循环链表，也就是将单向链表或双向链表的首尾节点进行连接，这样就实现了单循环链表或双循环链表了，如下图所示：
Java中的链表
学习了链表的基础知识之后，我们来思考一个问题：Java 中的链表 LinkedList 是属于哪种类型的链表呢?单向链表还是双向链表?
要回答这个问题，首先我们要来看 JDK 中的源码，如下所示：
package java.util; import java.util.function.Consumer; public class LinkedListextends AbstractSequentialList implements List , Deque , Cloneable, java.io.Serializable { // 链表大小 transient int size = 0; // 链表头部 transient Node first; // 链表尾部 transient Node last; public LinkedList() { } public LinkedList(Collection c) { this(); addAll(c); } // 获取头部元素 public E getFirst() { final Node f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; } // 获取尾部元素 public E getLast() { final Node l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; } // 删除头部元素 public E removeFirst() { final Node f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } // 删除尾部元素 public E removeLast() { final Node l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); } // 添加头部元素 public void addFirst(E e) { linkFirst(e); } // 添加头部元素的具体执行方法 private void linkFirst(E e) { final Node f = first; final Node newNode = new Node<>(null, e, f); first = newNode; if (f == null) last = newNode; else f.prev = newNode; size++; modCount++; } // 添加尾部元素 public void addLast(E e) { linkLast(e); } // 添加尾部元素的具体方法 void linkLast(E e) { final Node l = last; final Node newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; } // 查询链表个数 public int size() { return size; } // 清空链表 public void clear() { for (Node x = first; x != null; ) { Node next = x.next; x.item = null; x.next = null; x.prev = null; x = next; } first = last = null; size = 0; modCount++; } // 根据下标获取元素 public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } private static class Node { E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } } // 忽略其他方法...... }
从上述节点 Node 的定义可以看出：LinkedList 其实是一个双向链表，因为它定义了两个指针 next 和 prev 分别用来指向自己的下一个和上一个节点。
链表常用方法
LinkedList 的设计还是很巧妙的，了解了它的实现代码之后，下面我们来看看它是如何使用的?或者说它的常用方法有哪些。
1.增加
接下来我们来演示一下增加方法的使用：
public class LinkedListTest { public static void main(String[] a) { LinkedList list = new LinkedList(); list.add("Java"); list.add("中文"); list.add("社群"); list.addFirst("头部添加"); // 添加元素到头部 list.addLast("尾部添加"); // 添加元素到最后 System.out.println(list); } }以上代码的执行结果为：
[头部添加, Java, 中文, 社群, 尾部添加]
出来以上的 3 个增加方法之外，LinkedList 还包含了其他的添加方法，如下所示：
add(int index, E element)：向指定位置插入元素;
offer(E e)：向链表末尾添加元素，返回是否成功;
offerFirst(E e)：头部插入元素，返回是否成功;
offerLast(E e)：尾部插入元素，返回是否成功。
add 和 offer 的区别
它们的区别主要体现在以下两点：
offer 方法属于 Deque接口，add 方法属于 Collection的接口;
当队列添加失败时，如果使用 add 方法会报错，而 offer 方法会返回 false。
2.删除
删除功能的演示代码如下：
import java.util.LinkedList; public class LinkedListTest { public static void main(String[] a) { LinkedList list = new LinkedList(); list.offer("头部"); list.offer("中间"); list.offer("尾部"); list.removeFirst(); // 删除头部元素 list.removeLast(); // 删除尾部元素 System.out.println(list); } }以上代码的执行结果为：
[中间]
除了以上删除方法之外，更多的删除方法如下所示：
clear()：清空链表;
removeFirst()：删除并返回第一个元素;
removeLast()：删除并返回最后一个元素;
remove(Object o)：删除某一元素，返回是否成功;
remove(int index)：删除指定位置的元素;
poll()：删除并返回第一个元素;
remove()：删除并返回第一个元素。
3.修改
修改方法的演示代码如下：
import java.util.LinkedList; public class LinkedListTest { public static void main(String[] a) { LinkedList list = new LinkedList(); list.offer("Java"); list.offer("MySQL"); list.offer("DB"); // 修改 list.set(2, "Oracle"); System.out.println(list); } }以上代码的执行结果为：
[Java, MySQL, Oracle]
4.查询查询方法的演示代码如下：
import java.util.LinkedList; public class LinkedListTest { public static void main(String[] a) { LinkedList list = new LinkedList(); list.offer("Java"); list.offer("MySQL"); list.offer("DB"); // --- getXXX() 获取 --- // 获取最后一个 System.out.println(list.getLast()); // 获取首个 System.out.println(list.getFirst()); // 根据下标获取 System.out.println(list.get(1)); // peekXXX() 获取 System.out.println("--- peek() ---"); // 获取最后一个 System.out.println(list.peekLast()); // 获取首个 System.out.println(list.peekFirst()); // 根据首个 System.out.println(list.peek()); } }以上代码的执行结果为：
DB Java MySQL --- peek() --- DB Java Java
5.遍历
LinkedList 的遍历方法包含以下三种。
遍历方法一：
for (int size = linkedList.size(), i = 0; i < size; i++) { System.out.println(linkedList.get(i)); }遍历方法二：
for (String str: linkedList) { System.out.println(str); }遍历方法三：
Iterator iter = linkedList.iterator(); while (iter.hasNext()) { System.out.println(iter.next()); }链表应用：队列 & 栈
1.用链表实现栈
接下来我们用链表来实现一个先进先出的“队列”，实现代码如下：
LinkedList list = new LinkedList(); // 元素入列 list.add("Java"); list.add("中文"); list.add("社群"); while (!list.isEmpty()) { // 打印并移除队头元素 System.out.println(list.poll()); }以上程序的执行结果如下：
Java
中文
社群
2.用链表实现队列
然后我们用链表来实现一个后进先出的“栈”，实现代码如下：
LinkedList list = new LinkedList(); // 元素入栈 list.add("Java"); list.add("中文"); list.add("社群"); while (!list.isEmpty()) { // 打印并移除栈顶元素 System.out.println(list.pollLast()); }以上程序的执行结果如下：
社群
中文
Java
链表使用场景
链表作为一种基本的物理结构，常被用来构建许多其它的逻辑结构，如堆栈、队列都可以基于链表实现。
所谓的物理结构是指可以将数据存储在物理空间中，比如数组和链表都属于物理数据结构;而逻辑结构则是用于描述数据间的逻辑关系的，它可以由多种不同的物理结构来实现，比如队列和栈都属于逻辑结构。
链表常见笔试题
链表最常见的笔试题就是链表的反转了，之前的文章《链表反转的两种实现方法，后一种击败了100%的用户!》我们提供了 2 种链表反转的方法，而本文我们再来扩充一下，提供 3 种链表反转的方法。
实现方法 1：Stack我们先用图解的方式来演示一下，使用栈实现链表反转的具体过程，如下图所示。
全部入栈：
全部入栈：
因为栈是先进后出的数据结构，因此它的执行过程如下图所示：
最终的执行结果如下图所示：
实现代码如下所示：
public ListNode reverseList(ListNode head) { if (head == null) return null; Stack stack = new Stack<>(); stack.push(head); // 存入第一个节点 while (head.next != null) { stack.push(head.next); // 存入其他节点 head = head.next; // 指针移动的下一位 } // 反转链表 ListNode listNode = stack.pop(); // 反转第一个元素 ListNode lastNode = listNode; // 临时节点，在下面的 while 中记录上一个节点 while (!stack.isEmpty()) { ListNode item = stack.pop(); // 当前节点 lastNode.next = item; lastNode = item; } lastNode.next = null; // 最后一个节点赋为null（不然会造成死循环） return listNode; } LeetCode 验证结果如下图所示：
可以看出使用栈的方式来实现链表的反转执行的效率比较低。
实现方法2：递归
同样的，我们先用图解的方式来演示一下，此方法实现的具体过程，如下图所示。
实现代码如下所示：
public static ListNode reverseList(ListNode head) { if (head == null || head.next == null) return head; // 从下一个节点开始递归 ListNode reverse = reverseList(head.next); head.next.next = head; // 设置下一个节点的 next 为当前节点 head.next = null; // 把当前节点的 next 赋值为 null，避免循环引用 return reverse; }LeetCode 验证结果如下图所示：
可以看出这种实现方法在执行效率方面已经满足我们的需求了，性能还是很高的。
实现方法 3：循环
我们也可以通过循环的方式来实现链表反转，只是这种方法无需重复调用自身方法，只需要一个循环就搞定了，实现代码如下：
class Solution { public ListNode reverseList(ListNode head) { if (head == null) return null; // 最终排序的倒序链表 ListNode prev = null; while (head != null) { // 循环的下个节点 ListNode next = head.next; // 反转节点操作 head.next = prev; // 存储下个节点的上个节点 prev = head; // 移动指针到下一个循环 head = next; } return prev; } }LeetCode 验证结果如下图所示：
从上述图片可以看出，使用此方法在时间复杂度和空间复杂度上都是目前的最优解，比之前的两种方法更加理想。
“如何学习并掌握链表”的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注创新互联网站，小编将为大家输出更多高质量的实用文章！
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