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# 链表详解

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阅读完本文你会有以下收获

1.知道什么是链表？

2.了解链表的几种类型。

3.了解链表如何构造。

4.链表的存储方式

5.如何遍历链表

6.了解链表的操作。

7.知道链表和数组的不同点

8.掌握链表的经典题目。

### 链表的定义：

> 定义：链表是一种递归的数据结构，他或者为空（null），或者是指向一个结点（node）的引用，该结点含有一个泛型的元素和一个指向另一条链表的引用。

我们来对其解读一下，链表是一种常见且基础的数据结构，是一种线性表，但是他不是按线性顺序存取数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的地址。我们可以这样理解，链表是通过指针串联在一起的线性结构，每一个链表结点由两部分组成，数据域及指针域，链表的最后一个结点指向 null。也就是我们所说的空指针。

### 链表的几种类型

我们先来看一下链表的可视化表示方法，以便更好的对其理解。

- 用长方形表示对象
- 将实例变量的值写在长方形中；
- 用指向被引用对象的箭头表示引用关系。

#### 单链表

一个单向链表包含两个值: 当前节点的值和一个指向下一个节点的链接。

我们通过上面说到的可视化表示方法，构造单链表的可视化模型，如图所示。

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210321125110539.png)

#### 双向链表

上面提到了单链表的节点只能指向节点的下一个节点。而双向链表有三个整数值: 数值、向后的节点链接、向前的节点链接，所以双链表既能向前查询也可以向后查询。

![双链表](https://cdn.jsdelivr.net/gh/tan45du/photobed@master/photo/双链表.3cw4hra1g3q0.png)

####

还有一个常用的链表则为循环单链表，则单链表尾部的指针指向头节点。例如在 leetcode61 旋转链表中，我们就是先将链表闭合成环，找到新的打开位置，并定义新的表头和表尾。

### 构造链表

java 是面向对象语言，实现链表很容易。我们首先用一个嵌套类来定义节点的抽象数据类型

```java
private class Node {
  Item item;
  Node next;
}
```

现在我们需要构造一条含有 one,two,three 的链表，我们首先为每个元素创造一个节点

```java
Node first = new Node();
Node second = new Node();
Node third = new Node();
```

将每个节点的 item 域设为所需的值

```java
first.item = "one";
second.item = "two";
third.item = "three";
```

然后我们设置 next 域来构造链表

```java
first.next = second;
second.next = third;
```

注：此时 third 的 next 仍为 null，即被初始化的值。

### 链表的存储方式

我们知道了如何构造链表，我们再来说一下链表的存储方式。

我们都知道数组在内存中是连续分布的，但是链表在内存不是连续分配的。链表是通过指针域的指针链接内存中的各个节点。

所以链表在内存中是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。我们可以根据下图来进行理解。

![image-20201101153659912](https://cdn.jsdelivr.net/gh/tan45du/photobed@master/photo/image-20201101153659912.9neaap4ogtc.png)

### 遍历链表

链表的遍历我们通常使用 while 循环（for 循环也可以但是代码不够简洁）下面我们来看一下链表的遍历代码

for:

```java
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
     //处理x.item
}
```

while:

```
Node x = first;
while (x!=null) {
  //处理x.item
   x = x.next;
}
```

### 链表的几种操作

#### 添加节点

![image-20201101155937520](https://cdn.jsdelivr.net/gh/tan45du/photobed@master/photo/image-20201101155937520.my13cevp2cg.png)

#### 删除节点

删除 B 节点，如图所示

![image-20201101155003257](https://cdn.jsdelivr.net/gh/tan45du/photobed@master/photo/image-20201101155003257.4onlntrwj2i0.png)

我们只需将 A 节点的 next 指针指向 C 节点即可。

有的同学可能会有这种疑问，B 节点这样不会留着内存里吗？java 含有自己的内存回收机制，不用自己手动释放内存了，但是 C++,则需要手动释放。

我们通过上图的删除和插入都是 O(1)操作。

链表和数组的比较

|      | 插入/删除操作(时间复杂度) | 查询（时间复杂度） | 存储方式     |
| ---- | ------------------------- | ------------------ | ------------ |
| 数组 | O(n)                      | O(1)               | 内存连续分布 |
| 链表 | O(1)                      | O(n)               | 内存散乱分布 |