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数据结构：链表进阶

网友: 技术文档 2025-09-02 19:08:20

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链表进阶

    • 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
    • 3.链表面试题
    • 4.LinkedList的使用
      • 5.1 什么是LinkedList
      • 4.2 LinkedList的使用
    • 5. ArrayList和LinkedList的区别

1. ArrayList的缺陷

通过源码知道，ArrayList底层使用数组来存储元素：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{// ...// 默认容量是10private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//...// 数组：用来存储元素transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access// 有效元素个数private int size;public ArrayList(int initialCapacity) {if (initialCapacity > 0) {this.elementData = new Object[initialCapacity];} else if (initialCapacity == 0) {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;} else {throw new IllegalArgumentException(\"Illegal Capacity: \"+initialCapacity);}}}// ...

由于其底层是一段连续空间，**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 。数据结构：链表进阶
链表的结构就类似于火车
数据结构：链表进阶
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
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2. 带头或者不带头
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3. 循环或者非循环
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虽然有这么多的链表的结构，但是我们重点掌握两种
无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。**实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。**另外这种结构在笔试面试中出现很多
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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循环链表。

2.2 链表的实现

定义一个接口：

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(); //清空单链表 public void clear(); //遍历单链表 public void display(); //创建单链表 public void crate();}

定义一个MySIngList类：
准备工作：MySingeList要继承IList接口的所有方法

public class MySingeList implements IList {//定义单链表 static class ListNode { public int val; public ListNode next;//next存的是下一个节点的地址， /** * 就相当于Person person=new person()，next是一个引用， * next存的是地址，next引用类型是ListNode类型的引用 */ public ListNode(int val) {//实例化 this.val = val; } }//定义一个头结点 public ListNode head;

创建一个单链表：

 @Override public void crate() { ListNode listNode1 = new ListNode(11);//如何修改当前节点位置的next的值为指定节点位置 ListNode listNode5 = new ListNode(22); ListNode listNode4 = new ListNode(33); ListNode listNode3 = new ListNode(44); ListNode listNode2 = new ListNode(55); listNode1.next = listNode2; listNode2.next = listNode3; listNode3.next = listNode4; listNode4.next = listNode5; this.head = listNode1;//将插入的第一个节点定义为头节点 }

遍历这个单链表：

 @Override public void display() { //定义一个cur，让cur去走，head不变，才能在遍历以后找到head ListNode car = head.next; while (car != null) {//判断是否遍历完链表 System.out.println(car.val + \" \"); car = car.next;//如何从当前位置走到下一个节点位置 } }

头插法：

 //头插法;时间复杂度：O(1) @Override public void addFirst(int data) { ListNode listNode = new ListNode(data); if (this.head == null) { this.head = listNode; } else { this.head = listNode.next; this.head = listNode; } }

不同位置添加的时间复杂度不同，常见的错误观点是认为所有添加操作都是O(1)。在尾部添加需要O(n)，头部添加为O(1)，在任意位置则平均为O(n)。了解这些有助于优化链表操作的效率。
尾插法：

 //尾插法时间复杂度：O(n) @Override public void addLast(int data) { ListNode car = this.head; ListNode listNode = new ListNode(data); if (this.head == null) { this.head = listNode; } else { //找到最后一个节点 while (car.next != null) { car = car.next; }//car现在指向最后一个节点 /**如果想让car停在最后一个节点的位置 cur.next！=null * 如果想把整个；链表的每一个节点都遍历完，那么就是car！=null * */ car.next = listNode; } }

在链表尾部添加（addLast()）需要从头遍历，时间复杂度为O(n)

任意位置插入,第一个数据节点为0号下标：

//随便插入private ListNode seach(int index) { ListNode car = this.head; int count = 0; while (count != index - 1) { car = car.next; count++; } return car; } @erride public void addIndex(int index, int data) { if (index < 0 || index > size()) { System.out.println(\"不合法\"); throw new Poslllgality(\"插入元素下标异常\" + data); } if (index == 0) { addFirst(data); return; } if (index == size()) { addLast(data); return; } ListNode car = seach(index); ListNode node = new ListNode(data); node.next = car.next; car.next = node; }

当在任意位置插入的时候，要考虑的情况有很多：

  1. 当index size()的时候，抛出一个异常
  2. 当index为0的时候，头插法
  3. 当index为size（）的时候，尾插法
  4. 正常的插入法

查找是否包含关键字key是否在单链表当中：

 @Override public boolean contains(int key) { ListNode car = this.head; while (car != null) { if (car.val == key) { return false; } car = car.next; } return false; }

删除第一次出现关键字为key的节点：

@Override public void remove(int key) { if (this.head == null) { System.out.println(\"无法删除\"); } if (this.head.val == key) { this.head = null;//或者this.head==this.head.next } ListNode car = searchprev(key); if (car == null) { System.out.println(\"没有要删除的数字\"); return; } else { ListNode del = car.next;//通过car.next找到del的位置 car.next = del.next;//然后就可以自己看懂 } } //写一个方法,找到关键字看的前一个节点的地址 private ListNode searchprev(int key) { ListNode car = this.head; while (car.next != null) { if (car.next.val == key) { return car; } car = car.next; } return null; }

删除所有值为key的节点：

 @Override public void removeAllKey(int key) { if (this.head == null) { return; } ListNode prev = head; ListNode car = head.next; while (car != null) { if (car.val == key) { prev.next = car.next; car = car.next; } else { prev = car; car = car.next; } } if (head.val == key) { head = head.next; } }

得到单链表的长度：

 @Override public int size() { ListNode car = head.next; int count = 0; while (car != null) { count++; car = car.next; } return count; }

清空链表：

 @Override public void clear() { ListNode car = this.head; while (car != null) { ListNode carNext = car.next;//定义一个变量把car的next记录下 /* car.val=null;如果是一个应用数据类型，那么才写这个， 如果不是car.next=null就可以清除完毕 */ car.next = null; car = carNext; } head = null;//上面的循环走完，但是head还没有置空，要手动把head置空 }

3.链表面试题

  1. 删除链表中等于给定值 val 的所有节点。 力扣
  2. 反转一个单链表。 力扣
  3. 给定一个带有头结点 head 的非空单链表，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。力扣
  4. 输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。 牛客
  5. 将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。力扣
  6. 编写代码，以给定值x为基准将链表分割成两部分，所有小于x的结点排在大于或等于x的结点之前 。力扣

4.LinkedList的使用

5.1 什么是LinkedList

LinkedList的底层是双向链表结构(链表后面介绍)，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。
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在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：
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【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)
  5. LinkedList比较适合任意位置插入的场景

4.2 LinkedList的使用

  1. LinkedList的构造

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public static void main(String[] args) {// 构造一个空的LinkedListList<Integer> list1 = new LinkedList<>();List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>();list2.add(\"JavaSE\");list2.add(\"JavaWeb\");list2.add(\"JavaEE\");// 使用ArrayList构造LinkedListList<String> list3 = new LinkedList<>(list2);}
  1. LinkedList的其他常用方法介绍
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public static void main(String[] args) {LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();list.add(1); // add(elem): 表示尾插list.add(2);list.add(3);list.add(4);list.add(5);list.add(6);list.add(7);System.out.println(list.size());System.out.println(list);// 在起始位置插入0list.add(0, 0); // add(index, elem): 在index位置插入元素elemSystem.out.println(list);list.remove(); // remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst()list.removeFirst(); // removeFirst(): 删除第一个元素list.removeLast(); // removeLast(): 删除最后元素list.remove(1); // remove(index): 删除index位置的元素System.out.println(list);// contains(elem): 检测elem元素是否存在，如果存在返回true，否则返回falseif(!list.contains(1)){list.add(0, 1);list.add(1);System.out.println(list);System.out.println(list.indexOf(1)); // indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置System.out.println(list.lastIndexOf(1)); // lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置int elem = list.get(0); // get(index): 获取指定位置元素list.set(0, 100); // set(index, elem): 将index位置的元素设置为elemSystem.out.println(list);// subList(from, to): 用list中[from, to)之间的元素构造一个新的LinkedList返回List<Integer> copy = list.subList(0, 3);System.out.println(list);System.out.println(copy);list.clear(); // 将list中元素清空System.out.println(list.size());}}
  1. LinkedList的遍历
public static void main(String[] args) {LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();list.add(1); // add(elem): 表示尾插list.add(2);list.add(3);list.add(4);list.add(5);list.add(6);list.add(7);System.out.println(list.size());// foreach遍历for (int e:list) {System.out.print(e + \" \");}System.out.println();// 使用迭代器遍历---正向遍历ListIterator<Integer> it = list.listIterator();while(it.hasNext()){System.out.print(it.next()+ \" \");}System.out.println();// 使用反向迭代器---反向遍历ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());while (rit.hasPrevious()){System.out.print(rit.previous() +\" \");}System.out.println();}

5. ArrayList和LinkedList的区别

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