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链表 Linked List

链表 Linked List

作者: 曹来东 | 来源:发表于2019-05-10 09:42 被阅读0次

链表和动态数组的比较

  • 动态数组回造成内存空间的大量浪费
  • 链表可以做到用多少内存就申请多少内存

链表

是一种链式存储的线性表,所有元素的内存地址不一定是连续的.

链表结构

image.png

链表的设计

  • Linked ListArrayList接口都相同.抽取AbstractList公共方法.并提供方法实现
  • 抽取List公告接口Interface,声明相同方法,不提供实现.在Linked ListArrayList各自类中实现具体方法.

AbstractList

public abstract class AbstractList<E> implements List<E>  {
    /**
     * 元素的数量
     */
    protected int size;
    /**
     * 元素的数量
     * @return
     */
    public int size() {
        return size;
    }

    /**
     * 是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
         return size == 0;
    }

    /**
     * 是否包含某个元素
     * @param element
     * @return
     */
    public boolean contains(E element) {
        return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND;
    }

    /**
     * 添加元素到尾部
     * @param element
     */
    public void add(E element) {
        add(size, element);
    }
    
    protected void outOfBounds(int index) {
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size);
    }
    
    protected void rangeCheck(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            outOfBounds(index);
        }
    }
    
    protected void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            outOfBounds(index);
        }
    }
}

LinkedList

public class LinkedList<E> extends AbstractList<E> {
    private Node<E> first;
    private Node<E> last;
    
    private static class Node<E> {
        E element;
        Node<E> prev;
        Node<E> next;
        public Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.prev = prev;
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
        
        @Override
        public String toString() {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            
            if (prev != null) {
                sb.append(prev.element);
            } else {
                sb.append("null");
            }
            
            sb.append("_").append(element).append("_");

            if (next != null) {
                sb.append(next.element);
            } else {
                sb.append("null");
            }
            
            return sb.toString();
        }
    }

    @Override
    public void clear() {
        size = 0;
        first = null;
        last = null;
    }

    @Override
    public E get(int index) {
        return node(index).element;
    }

    @Override
    public E set(int index, E element) {
        Node<E> node = node(index);
        E old = node.element;
        node.element = element;
        return old;
    }

    @Override
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        // size == 0
        // index == 0
        if (index == size) { // 往最后面添加元素
            Node<E> oldLast = last;
            last = new Node<>(oldLast, element, null);
            if (oldLast == null) { // 这是链表添加的第一个元素
                first = last;
            } else {
                oldLast.next = last;
            }
        } else {
            Node<E> next = node(index); 
            Node<E> prev = next.prev; 
            Node<E> node = new Node<>(prev, element, next);
            next.prev = node;
            
            if (prev == null) { // index == 0
                first = node;
            } else {
                prev.next = node;
            }
        }
        
        size++;
    }

    @Override
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        Node<E> node = node(index);
        Node<E> prev = node.prev;
        Node<E> next = node.next;
        
        if (prev == null) { // index == 0
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
        }
        
        if (next == null) { // index == size - 1
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
        }
        
        size--;
        return node.element;
    }

    @Override
    public int indexOf(E element) {
        if (element == null) {
            Node<E> node = first;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                if (node.element == null) return i;
                
                node = node.next;
            }
        } else {
            Node<E> node = first;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                if (element.equals(node.element)) return i;
                
                node = node.next;
            }
        }
        return ELEMENT_NOT_FOUND;
    }
    
    /**
     * 获取index位置对应的节点对象
     * @param index
     * @return
     */
    private Node<E> node(int index) {
        rangeCheck(index);
        
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> node = first;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                node = node.next;
            }
            return node;
        } else {
            Node<E> node = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--) {
                node = node.prev;
            }
            return node;
        }
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder string = new StringBuilder();
        string.append("size=").append(size).append(", [");
        Node<E> node = first;
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (i != 0) {
                string.append(", ");
            }
            
            string.append(node);
            
            node = node.next;
        }
        string.append("]");
        return string.toString();
    }
}

删除链表中的节点

image.png

思路:

  • 已知需要删除的节点node.可以获取到下一个节点nextNode.
  • 下一个节点的值赋值给当前节点 node.val = nextNode .val
  • 将当前节点的next赋值为下一个节点的next值. node.next = node.next.next
  • 不是将当前节点的next赋值为null.赋值为null就断掉了链表后面的数据.
public class ListNode {
    int val;//存储的值 getter方法
    ListNode next;//获取下一个节点
    ListNode(int x) { //存储的值 setter方法
        val = x; 
    }
}

public void deleteNode(ListNode node) {
        node.val = node.next.val;
        node.next = node.next.next;
    }

反转链表

递归解释图

image.png image.png

非递归-头插法解释图

image.png
public class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(int x) { 
        val = x; 
    }
}
//递归方法
public ListNode reverseList(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) return head;
    
        ListNode newHead = reverseList(head.next);
        head.next.next = head;
        head.next = null;
        return newHead;
    }
//非递归方法
public ListNode reverseList2(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) return head;
    
        ListNode newHead = null;
        while (head != null) {
            ListNode tmp = head.next;
            head.next = newHead;
            newHead = head;
            head = tmp;
        }
        
        return newHead;
    }

判断一个链表是否有环

image.png

快慢指针

image.png
image.png
public boolean hasCycle(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) return false;
        
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head.next;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            
            if (slow == fast) return true;
        }
        
        return false;
    }

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