02_链表
1、链表（Linked List）
- 动态数组有个明显的缺陷
- 可能会造成内存空间的大量浪费
- 能否用到多少就申请多少内存？
- 链表可以办到这一点
- 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
2、链表的接口设计
链表的大部分接口和动态数组是一致的
2.1、清空元素 - clear()
清空元素我们只需要将size设置为0，first置为null就好了
2.2、添加元素 - add(int index,E element)
比如在1位置前添加一个节点的话，我们只需要将0位置的下一个节点指向新添加的节点，然后将新添加的节点的next指向1节点就实现了元素的添加。
如图：
添加元素后：
添加完元素之后，我们还要做的就是要进行size++操作
node方法用于获取index位置的节点
private Node<E> node(int index){
rangeCheck(index);
Node<E> node = first;
for(int i = 0; i < index; i++){
node = node.next;
}
return node;
}
添加元素 - 注意0位置
在添加元素的时候，我们特别的要注意边界位置元素的添加，即我们在0号位置添加元素的时候，我们要让first的next节点指向我们要添加的元素的节点，然后新添加的元素的节点指向原来first节点指向的节点，这样我们就实现了向0号位置添加新的元素的功能
如图：
public void add(int index,E element){
rangeCheck(index);
if(index == 0){
first = new Node<>(element,first);
}else{
Node<E> prev = node(index - 1);
prev.next = new Node<>(element,prev.next);
}
size++;
}
添加元素 - 链表末尾
向末尾添加元素的时候，我们只需要将原来末尾元素的next指向要添加的新的元素的节点，然后将新的元素的节点指向null就实现了在链表末尾添加元素的功能
如图：
2.3、删除元素 - remove(int index)
删除元素 - 注意0位置
删除元素的时候，同样的，我们只需要将要删除的元素的上一个节点指向删除元素下一个节点，就实现了元素的删除。
public E remove(int index){
rangeCheck(index);
Node<E> node = first;
if(index == 0){
first = first.next;
}else{
Node<E> prev = node(index - 1);
node = prev.next;
prev.next = node.next;
}
size--;
return node.element;
}
2.4、反转一个链表
递归
非递归
ListNode newHead = null;
while(head != null){
ListNode tmp = head.next;
head.next = newHead;
newHead = head;
head = tmp;
}
2.5、判断链表是否有环
判断 一个链表是否有环，我们可以用快慢指针的方法，慢指针每次走一步，快指针每次走俩步，如果快指针最后等于慢指针，说明有环，如果快指针最后指向Null，说明没有环
如下图所示，定义一个快指针和一个慢指针即可，步骤如下：
然后慢指针向前走一步，快指针向前走俩步：
重复上面的步骤，最后快慢指针相遇，说明有环的存在
2.7、虚拟头结点
有时候为了让代码更加精简，统一所有节点的处理逻辑，可以在最前面增加一个虚拟的头结点（不存储数据）
public LinkedList(){
first = new Node<>(null,null);
}
虚拟节点 - node方法
private Node<E> node(int index){
rangeCheck(index);
Node<E> node = first.next;
for(int i = 0;i < index,i++){
node = node.next;
}
return node;
}
虚拟节点 - 添加、删除
public void add(int index, E element){
rangeCheckForAdd(index);
Node<E> prev = (index == 0) ? first : node(index - 1);
prev.next = new Node<>(element,prev.next);
size++;
}
public E remove(int index){
rangeCheck(index);
Node<E> prev = (index == 0) ? first : node(index - 1);
Node<E> node = prev.next;
prev.next = node.next;
size--;
return node.element;
}
3、双向链表
- 此前所学的链表，都是单向链表
- 使用双向链表可以提升链表的综合性能
3.1、双向链表 - 只有一个元素
即只有一个元素，next指向Null
3.2、双向链表 - node方法
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(itn i = size - 1; i > index; i--){
node = node.prev;
}
return node;
}
}
3.3、双向链表 - add(int index,E element)
添加元素如下图：
同时我们又要注意像0号位置添加元素，如下图所示：
同样的，我们要不要忽略向链表末尾添加元素
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 { // 正常添加元素
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++;
}
3.4、双向链表 - remove(int index)
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;
}
4、单向循环链表
4.1、单向循环链表 - 只有一个节点
4.2、单向循环链表 - add(int index,E element)
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
if (index == 0) {
Node<E> newFirst = new Node<>(element, first);
// 拿到最后一个节点, 上面先不要直接改first, 否则下面找节点会出现问题
Node<E> last = (size == 0) ? newFirst : node(size - 1);
last.next = newFirst;
first = newFirst;
} else {
Node<E> prev = node(index - 1);
prev.next = new Node<>(element, prev.next);
}
size++;
}
4.3、单向循环链表 - remove(int index)
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
Node<E> node = first;
if (index == 0) {
if (size == 1) {
first = null;
} else {
Node<E> last = node(size - 1);
first = first.next;
last.next = first;
}
} else {
Node<E> prev = node(index - 1);
node = prev.next;
prev.next = node.next;
}
size--;
return node.element;
}
5、双向循环链表
5.1、双向循环链表 - 只有一个节点
5.2、双向循环列表 - add(int index,E element)
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
if (index == size) { // 往最后面添加元素
Node<E> oldLast = last;
last = new Node<>(oldLast, element, first);
if (oldLast == null) { // 这是链表添加的第一个元素
first = last;
first.next = first;
first.prev = first;
} else {
oldLast.next = last;
first.prev = last;
}
} else { // 正常添加元素
Node<E> next = node(index);
Node<E> prev = next.prev;
Node<E> node = new Node<>(prev, element, next);
next.prev = node;
prev.next = node;
if (next == first) { // index==0
first = node;
}
}
size++;
}
5.3、双向循环列表 - remove(int index)
public E remove(Node<E> node) {
if (size == 1) {
first = null;
last = null;
} else {
Node<E> prev = node.prev;
Node<E> next = node.next;
prev.next = next;
next.prev = prev;
if (node == first) { // index == 0
first = next;
}
if (node == last) { // index == size - 1
last = prev;
}
}
size--;
return node.element;
}
6、如何发挥循环列表的最大威力？
-
可以考虑增设一个成员变量，3个方法
- current : 可以指向某个节点
- void reset() ： 让current指向头结点first
- E next() ： 让current往后走一步，也就是current = current.next
- E remove() ： 删除current指向的节点，删除成功后让current指向下一个节点
7、静态链表
- 前面所学习的链表，是依赖于指针（引用）实现的
- 有些编程语言是没有指针的，比如早期的 BASIC、FORTRAN 语言
- 没有指针的情况下，如何实现链表？
- 可以通过数组来模拟链表，称为静态链表
- 数组的每个元素存放 2 个数据：值、下个元素的索引
- 数组 0 位置存放的是头结点信息