【Java复健指南15】链表LinkedList及其说明

链表LinkedList by Java

之前有写过一些记录（引用），但是忘了乱了，现在重新梳理一遍

链表是Java中List接口的一种实现

定义（引用）

链表(linked list)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.

链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域（data），另一个是存储下一个结点地址的指针域（next），如下图所示：

总结一下

1)链表是以节点的方式来存储，是链式存储

2)每个节点包含 data 域， next 域：指向下一个节点

3)如图：发现链表的各个节点不一定是连续存储.

4)链表分带头节点的链表和没有头节点的链表，根据实际的需求来确定

优势

相比于线性表顺序结构，操作复杂。由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，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，而线性表和顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。

构建链表

由前面的介绍可知，链表这一数据结构中，最关键的东西就是节点

简单来说：要实现链表，需要先实现（定义）构成链表的节点

不同类型的链表主要也取决于对节点的不同定义

实现链表节点类

单链表的节点结构

Class Node<V>{
	V value;
	Node next;
}

对应到具体代码实现，每个ListNode对象（注意是对象）就代表一个节点

    class ListNode{
        public int val;//数据域
        //ps：为什么这么写？
        //基于链表节点的定义，指针域存放的是下一个节点的地址
        //那么下一个节点怎么样才可以产生地址呢？当然是在创建下一个节点对象的时候产生咯
        //所以这里需要实例化节点类来创建下一个节点，同时获取到下一个节点的地址，于是便有了下面的写法
        public ListNode next;//指针域

        //构造函数(无参)
        public ListNode(){
        }

        //构造函数(有一个参数)
        public ListNode(int val){
            this.val = val;
        }

        //构造函数(有两个参数)
        public ListNode(int val, ListNode next){
            this.val = val;
            this.next = next;
        }
    }

由以上结构的节点依次连接起来所形成的链叫单链表结构。

双链表的节点结构

Class Node<V> {
	V value;
	Node prev;
	Node next;
}

对应到具体代码实现

class ListNode{
    public int val;//数据域
    
    public ListNode prev;//指向上一个节点，前指针
    public ListNode next;//指向下一个节点，后指针
 
    //构造函数
    public ListNode(int a){
        this.val = a;
    }
}

由以上结构的节点依次连接起来所形成的链叫双链表结构。

如何使用链表

链表是一种数据结构

本质上是利用了"创建对象会产生地址"这一机制实现的（详见P3）

使用链表的一个过程：定义链表节点类-->定义链表类-->为链表类编写一系列你需要的类方法（为了操控链表）-->在主类中实例化链表类并使用各种类方法达成目的

那现在链表节点定义完了，把这些节点按照定义给连接起来，就构成一个链表了

实例：翻转链表

疑问

我在刚接触链表的时候常常会有疑惑：

我到底需要完成哪些部分？

刷题时要写哪些部分？

下面通过一个示例来说明链表的完整实现过程

例子：实现链表的翻转（完整代码，包括main方法）

public class TestLinkedList {
    public static void main(String[] args) {
        //这里用手动连接节点的方式创建了一个链表
        //要是你愿意也可以在MyLinkedList写一个方法来创建链表
        ListNode head1 = new ListNode(1);
        head1.next = new ListNode(2);
        head1.next.next = new ListNode(3);

        MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
        myLinkedList.printLinkedList(head1);
        head1 = myLinkedList.reverseList(head1);
        myLinkedList.printLinkedList(head1);
    }
}
// 定义一个链表节点类
class ListNode{
    public int val;//数据域
    public ListNode next;//指针域

    //构造函数(无参)
    public ListNode(){
    }
    //构造函数(有一个参数)
    public ListNode(int val){
        this.val = val;
    }
    //构造函数(有两个参数)
    public ListNode(int val, ListNode next){
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

//定义一个操控链表节点的类
class MyLinkedList {
    // 创建一个单链表反转方法
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode pre = null; //指向当前节点的前一个节点的指针
        ListNode cur = head; //指向当前节点的指针
        ListNode tmp; //用于保存当前节点的下一节点，防止链表断掉
        while (cur != null) {
            //先将当前节点的后一个节点的地址保存
            tmp = cur.next;
            //将当前节点的后一个节点指针指向当前节点的前一个节点
            cur.next = pre;
            //将pre指向当前节点位置
            pre = cur;
            //将当前节点位置后移
            //此时已经是2-1-3了
            cur = tmp;
        }
        //等pre指到链表尾部（null）时结束并返回前一个值
        //此时链表变为3-2-1
        return pre;
    }
    //创建一个链表打印方法
    public void printLinkedList(ListNode head) {
        System.out.print("Linked List: ");
        while (head != null) {
            System.out.print(head.val + " ");
            head = head.next;
        }
        System.out.println();
    }
}

这个例子中我尝试将使用链表这个数据结构的整个流程都写清楚

那么无非就分为两大部分：链表节点类和操控链表节点的类

链表节点类

这里就只是单纯定义一个链表的节点应该是什么样的，其余的工作不用管

比如在LeetCode中，如果涉及链表的题，答题模板开头都会给出他们是怎么定义链表节点的

（类似这种）

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */

操控链表节点的类

这里是实现"链表节点-->链表"的类

所有对于节点的操作都可以在这里定义

比如最基本的：创建节点、对节点进行CURD等

我们需要对节点实现的一些算法也需要以类方法的形式给出（比如例子中的翻转操作）

结论

在LeetCode时，涉及链表的题，我们需要写两个部分：

• 创建节点的方法

​ 这没什么好说的，先要把人家给的链表节点连接成需要的链表

• 操控节点的某种算法（以方法的形式实现）

​ 后台会去调用这个算法来验证你对于链表的操控情况