揭开链表的真面目

 链表是一种常见的数据结构，链表是由一连串的结点组成，这个节点就是链结点，每个链结点都由数据域和指针域两部分组成。

使用链表结构可以克服数组结构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。

链表比较好的一种理解是：将链表看成一个火车，每个车厢之间都是相互连接的，只要找到火车头，就可以找到具体的车身。链表也是，我们只关心它的头。

一 单向链表

1.1 单向链表原理图

单向链表的一个链结点包含数据域和下一个链结点的指针。头结点也包含数据域和指针域，但是一般为了方便查找，头节点不写数据，最后一个结点的指针指向空。

1.2 实现单向链表的存储等操作

创建一个链结点的实体类

public class Node { 
 
    // 数据域 
    public long data; 
    // 指针域 
    public Node next; 
 
    public Node(long value){ 
        this.data = value; 
    } 
} 

1.2.1 插入一个节点

在头节点后插入一个结点，第一步需要将新插入的结点指向头结点指向的结点，第二步将头结点指向新插入的结点。插入结点只需要改变一个引用，所以复杂度为O(1)。

public class LinkList { 
 
    private Node head; 
    /** 
     * 在头节点之后插入一个节点 
     */ 
    public void insertFirst(long value){ 
        Node node = new Node(value); 
        node.next = head; 
        head = node; 
    } 
} 

1.2.2 头结点后删除一个结点

在头结点后删除一个结点，就是让头结点指向这个结点的下一个结点。复杂度也是O(1)。

public Node deleteFirst(){ 
    Node tmp = head; 
    head = tmp.next; 
    return tmp; 
} 

1.2.3 根据数据域查找结点

查找需要比对每个结点的数据，理论上查找一个结点平均需要N/2次，所以复杂度为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 根据数据与删除结点

查找需要比对每个结点的数据，理论上删除一个结点平均需要N/2次，所以复杂度为O(N)。

public Node delete(int value){ 
    Node current = head; 
    // 当前结点的前一个结点 
    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 双端链表

2.1 双端链表原理图

双端链表是在单向链表的基础上，头结点增加了一个尾结点的引用。

2.2 实现双端链表的存储等操作

2.2.1 从头部插入结点

如果链表为空，则设置尾结点就是新添加的结点。复杂度为O(1)。

public class FirstLastLinkList { 
 
    private Node first; 
    private Node last; 
    /** 
     * 在头结点之后插入一个节点 
     */ 
    public void insertFirst(long value){ 
        Node node = new Node(value); 
        if(first == null){ 
            last = node; 
        } 
        node.next = first; 
        first = node; 
    } 
} 

2.2.2 从尾部插入结点

如果链表为空，则设置头结点为新添加的结点，否则设置尾结点的后一个结点为新添加的结点。复杂度为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 从头部进行删除

判断头结点是否有下一个结点，如果没有则设置尾结点为null，复杂度为O(1)。

public Node deleteFirst(){ 
 
    Node tmp = first; 
    if(first.next == null){ 
        last = null; 
    } 
    first = tmp.next; 
    return tmp; 
} 

三 双向链表

3.1 双向链表原理图

每个结点除了保存对后一个结点的引用外，还保存着对前一个结点的引用。

3.2 实现双向链表的存储等操作链结点实体类

public class Node { 
 
    // 数据域 
    public long data; 
    // 后一个结点指针域 
    public Node next; 
    // 前一个结点指针域 
    public Node prev; 
 
    public Node(long value){ 
        this.data = value; 
    } 
} 

3.2.1 从头部插入结点

如果链表为空，则设置尾结点为新添加的结点，如果不为空，还需要设置头结点的前一个结点为新添加的结点。插入结点只需要改变两个结点的引用，所以复杂度为O(1)。

public class DoubleLinkList { 
 
    private Node first; 
    private Node last; 
 
    /** 
     * 在头结点之后插入一个节点 
     */ 
    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 从尾部插入结点

如果链表为空，则设置头结点为新添加的结点，否则设置尾结点的后一个结点为新添加的结点。同时设置新添加的结点的前一个结点为尾结点。插入结点只需要改变1个结点的引用，所以复杂度为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 从头部删除结点

判断头结点是否有下一个结点，如果没有则设置尾结点为null，否则设置头结点的下一个结点的prev为null。复杂度也为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 从尾部删除结点

如果头结点后没有其他结点，则设置头结点为null，否则设置尾结点的前一个结点的next为null，设置尾结点为前一个结点。复杂度为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 总结

链表包含一个头结点和多个结点，头结点包含一个引用，这个引用通常叫做first，它指向链表的第一个链结点。结点的next为null，则意味着这个结点是尾结点。与数组相比，链表更适合做插入、删除操作，而查找操作的复杂度更高。还有一个优势就是链表不需要初始化内存大小，不会造成内存溢出(数组中插入元素个数超过数组长度)或内存浪费(声明的数组长度比实际放的元素长)。

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