前面博客我們在講解數(shù)組中，知道數(shù)組作為數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)有一定的缺陷。在無序數(shù)組中，搜索性能差，在有序數(shù)組中，插入效率又很低，而且這兩種數(shù)組的刪除效率都很低，并且數(shù)組在創(chuàng)建后，其大小是固定了，設(shè)置的過大會造成內(nèi)存的浪費(fèi)，過小又不能滿足數(shù)據(jù)量的存儲。

　　本篇博客我們將講解一種新型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——鏈表。我們知道數(shù)組是一種通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能用來實(shí)現(xiàn)棧、隊列等很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而鏈表也是一種使用廣泛的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它也可以用來作為實(shí)現(xiàn)棧、隊列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，基本上除非需要頻繁的通過下標(biāo)來隨機(jī)訪問各個數(shù)據(jù)，否則很多使用數(shù)組的地方都可以用鏈表來代替。

　　但是我們需要說明的是，鏈表是不能解決數(shù)據(jù)存儲的所有問題的，它也有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本篇博客我們介紹幾種常見的鏈表，分別是單向鏈表、雙端鏈表、有序鏈表、雙向鏈表以及有迭代器的鏈表。并且會講解一下抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）的思想，如何用 ADT 描述棧和隊列，如何用鏈表代替數(shù)組來實(shí)現(xiàn)棧和隊列。

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1、鏈表（Linked List）

鏈表通常由一連串節(jié)點(diǎn)組成，每個節(jié)點(diǎn)包含任意的實(shí)例數(shù)據(jù)（data fields）和一或兩個用來指向上一個/或下一個節(jié)點(diǎn)的位置的鏈接（"links"）

　　鏈表（Linked list）是一種常見的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種線性表，但是并不會按線性的順序存儲數(shù)據(jù)，而是在每一個節(jié)點(diǎn)里存到下一個節(jié)點(diǎn)的指針(Pointer)。

　　使用鏈表結(jié)構(gòu)可以克服數(shù)組鏈表需要預(yù)先知道數(shù)據(jù)大小的缺點(diǎn)，鏈表結(jié)構(gòu)可以充分利用計算機(jī)內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)靈活的內(nèi)存動態(tài)管理。但是鏈表失去了數(shù)組隨機(jī)讀取的優(yōu)點(diǎn)，同時鏈表由于增加了結(jié)點(diǎn)的指針域，空間開銷比較大。

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2、單向鏈表（Single-Linked List）

　　單鏈表是鏈表中結(jié)構(gòu)最簡單的。一個單鏈表的節(jié)點(diǎn)(Node)分為兩個部分，第一個部分(data)保存或者顯示關(guān)于節(jié)點(diǎn)的信息，另一個部分存儲下一個節(jié)點(diǎn)的地址。最后一個節(jié)點(diǎn)存儲地址的部分指向空值。

　　單向鏈表只可向一個方向遍歷，一般查找一個節(jié)點(diǎn)的時候需要從第一個節(jié)點(diǎn)開始每次訪問下一個節(jié)點(diǎn)，一直訪問到需要的位置。而插入一個節(jié)點(diǎn)，對于單向鏈表，我們只提供在鏈表頭插入，只需要將當(dāng)前插入的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為頭節(jié)點(diǎn)，next指向原頭節(jié)點(diǎn)即可。刪除一個節(jié)點(diǎn)，我們將該節(jié)點(diǎn)的上一個節(jié)點(diǎn)的next指向該節(jié)點(diǎn)的下一個節(jié)點(diǎn)。

　　

　　在表頭增加節(jié)點(diǎn)：

　　

　　刪除節(jié)點(diǎn)：

　　

　　①、單向鏈表的具體實(shí)現(xiàn)

1 package com.ys.datastructure;2 3 public class SingleLinkedList {4 private int size;//鏈表節(jié)點(diǎn)的個數(shù)5 private Node head;//頭節(jié)點(diǎn)6 7 public SingleLinkedList(){8 size = 0;9 head = null;10 }11 12 //鏈表的每個節(jié)點(diǎn)類13 private class Node{14 private Object data;//每個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)15 private Node next;//每個節(jié)點(diǎn)指向下一個節(jié)點(diǎn)的連接16 17 public Node(Object data){18 this.data = data;19 }20 }21 22 //在鏈表頭添加元素23 public Object addHead(Object obj){24 Node newHead = new Node(obj);25 if(size == 0){26 head = newHead;27 }else{28 newHead.next = head;29 head = newHead;30 }31 size++;32 return obj;33 }34 35 //在鏈表頭刪除元素36 public Object deleteHead(){37 Object obj = head.data;38 head = head.next;39 size--;40 return obj;41 }42 43 //查找指定元素，找到了返回節(jié)點(diǎn)Node，找不到返回null44 public Node find(Object obj){45 Node current = head;46 int tempSize = size;47 while(tempSize > 0){48 if(obj.equals(current.data)){49 return current;50 }else{51 current = current.next;52 }53 tempSize--;54 }55 return null;56 }57 58 //刪除指定的元素，刪除成功返回true59 public boolean delete(Object value){60 if(size == 0){61 return false;62 }63 Node current = head;64 Node previous = head;65 while(current.data != value){66 if(current.next == null){67 return false;68 }else{69 previous = current;70 current = current.next;71 }72 }73 //如果刪除的節(jié)點(diǎn)是第一個節(jié)點(diǎn)74 if(current == head){75 head = current.next;76 size--;77 }else{//刪除的節(jié)點(diǎn)不是第一個節(jié)點(diǎn)78 previous.next = current.next;79 size--;80 }81 return true;82 }83 84 //判斷鏈表是否為空85 public boolean isEmpty(){86 return (size == 0);87 }88 89 //顯示節(jié)點(diǎn)信息90 public void display(){91 if(size >0){92 Node node = head;93 int tempSize = size;94 if(tempSize == 1){//當(dāng)前鏈表只有一個節(jié)點(diǎn)95 System.out.println("["+node.data+"]");96 return;97 }98 while(tempSize>0){99 if(node.equals(head)){ 100 System.out.print("["+node.data+"->"); 101 }else if(node.next == null){ 102 System.out.print(node.data+"]"); 103 }else{ 104 System.out.print(node.data+"->"); 105 } 106 node = node.next; 107 tempSize--; 108 } 109 System.out.println(); 110 }else{//如果鏈表一個節(jié)點(diǎn)都沒有，直接打印[] 111 System.out.println("[]"); 112 } 113 114 } 115 116 }

?　　測試：

1 @Test2 public void testSingleLinkedList(){3 SingleLinkedList singleList = new SingleLinkedList();4 singleList.addHead("A");5 singleList.addHead("B");6 singleList.addHead("C");7 singleList.addHead("D");8 //打印當(dāng)前鏈表信息9 singleList.display(); 10 //刪除C 11 singleList.delete("C"); 12 singleList.display(); 13 //查找B 14 System.out.println(singleList.find("B")); 15 }

　　打印結(jié)果：

　　

　　②、用單向鏈表實(shí)現(xiàn)棧

　　棧的pop()方法和push()方法，對應(yīng)于鏈表的在頭部刪除元素deleteHead()以及在頭部增加元素addHead()。

1 package com.ys.datastructure;2 3 public class StackSingleLink {4 private SingleLinkedList link;5 6 public StackSingleLink(){7 link = new SingleLinkedList();8 }9 10 //添加元素 11 public void push(Object obj){ 12 link.addHead(obj); 13 } 14 15 //移除棧頂元素 16 public Object pop(){ 17 Object obj = link.deleteHead(); 18 return obj; 19 } 20 21 //判斷是否為空 22 public boolean isEmpty(){ 23 return link.isEmpty(); 24 } 25 26 //打印棧內(nèi)元素信息 27 public void display(){ 28 link.display(); 29 } 30 31 }

　　

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4、雙端鏈表

　　對于單項(xiàng)鏈表，我們?nèi)绻朐谖膊刻砑右粋€節(jié)點(diǎn)，那么必須從頭部一直遍歷到尾部，找到尾節(jié)點(diǎn)，然后在尾節(jié)點(diǎn)后面插入一個節(jié)點(diǎn)。這樣操作很麻煩，如果我們在設(shè)計鏈表的時候多個對尾節(jié)點(diǎn)的引用，那么會簡單很多。

　　

　　注意和后面將的雙向鏈表的區(qū)別！！！

　　①、雙端鏈表的具體實(shí)現(xiàn)

1 package com.ys.link;2 3 public class DoublePointLinkedList {4 private Node head;//頭節(jié)點(diǎn)5 private Node tail;//尾節(jié)點(diǎn)6 private int size;//節(jié)點(diǎn)的個數(shù)7 8 private class Node{9 private Object data;10 private Node next;11 12 public Node(Object data){13 this.data = data;14 }15 }16 17 public DoublePointLinkedList(){18 size = 0;19 head = null;20 tail = null;21 }22 23 //鏈表頭新增節(jié)點(diǎn)24 public void addHead(Object data){25 Node node = new Node(data);26 if(size == 0){//如果鏈表為空，那么頭節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)都是該新增節(jié)點(diǎn)27 head = node;28 tail = node;29 size++;30 }else{31 node.next = head;32 head = node;33 size++;34 }35 }36 37 //鏈表尾新增節(jié)點(diǎn)38 public void addTail(Object data){39 Node node = new Node(data);40 if(size == 0){//如果鏈表為空，那么頭節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)都是該新增節(jié)點(diǎn)41 head = node;42 tail = node;43 size++;44 }else{45 tail.next = node;46 tail = node;47 size++;48 }49 }50 51 //刪除頭部節(jié)點(diǎn)，成功返回true，失敗返回false52 public boolean deleteHead(){53 if(size == 0){//當(dāng)前鏈表節(jié)點(diǎn)數(shù)為054 return false;55 }56 if(head.next == null){//當(dāng)前鏈表節(jié)點(diǎn)數(shù)為157 head = null;58 tail = null;59 }else{60 head = head.next;61 }62 size--;63 return true;64 }65 //判斷是否為空66 public boolean isEmpty(){67 return (size ==0);68 }69 //獲得鏈表的節(jié)點(diǎn)個數(shù)70 public int getSize(){71 return size;72 }73 74 //顯示節(jié)點(diǎn)信息75 public void display(){76 if(size >0){77 Node node = head;78 int tempSize = size;79 if(tempSize == 1){//當(dāng)前鏈表只有一個節(jié)點(diǎn)80 System.out.println("["+node.data+"]");81 return;82 }83 while(tempSize>0){84 if(node.equals(head)){85 System.out.print("["+node.data+"->");86 }else if(node.next == null){87 System.out.print(node.data+"]");88 }else{89 System.out.print(node.data+"->");90 }91 node = node.next;92 tempSize--;93 }94 System.out.println();95 }else{//如果鏈表一個節(jié)點(diǎn)都沒有，直接打印[]96 System.out.println("[]");97 }98 }99 100 }

　　②、用雙端鏈表實(shí)現(xiàn)隊列

1 package com.ys.link;2 3 public class QueueLinkedList {4 5 private DoublePointLinkedList dp;6 7 public QueueLinkedList(){8 dp = new DoublePointLinkedList();9 } 10 public void insert(Object data){ 11 dp.addTail(data); 12 } 13 14 public void delete(){ 15 dp.deleteHead(); 16 } 17 18 public boolean isEmpty(){ 19 return dp.isEmpty(); 20 } 21 22 public int getSize(){ 23 return dp.getSize(); 24 } 25 26 public void display(){ 27 dp.display(); 28 } 29 30 }

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5、抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）

　　在介紹抽象數(shù)據(jù)類型的時候，我們先看看什么是數(shù)據(jù)類型，聽到這個詞，在Java中我們可能首先會想到像 int,double這樣的詞，這是Java中的基本數(shù)據(jù)類型，一個數(shù)據(jù)類型會涉及到兩件事：

　　①、擁有特定特征的數(shù)據(jù)項(xiàng)

　　②、在數(shù)據(jù)上允許的操作

　　比如Java中的int數(shù)據(jù)類型，它表示整數(shù)，取值范圍為：-2147483648~2147483647，還能使用各種操作符，+、-、*、/ 等對其操作。數(shù)據(jù)類型允許的操作是它本身不可分離的部分，理解類型包括理解什么樣的操作可以應(yīng)用在該類型上。

　　那么當(dāng)年設(shè)計計算機(jī)語言的人，為什么會考慮到數(shù)據(jù)類型？

　　我們先看這樣一個例子，比如，大家都需要住房子，也都希望房子越大越好。但顯然，沒有錢，考慮房子沒有意義。于是就出現(xiàn)了各種各樣的商品房，有別墅的、復(fù)式的、錯層的、單間的……甚至只有兩平米的膠囊房間。這樣做的意義是滿足不同人的需要。

　　同樣，在計算機(jī)中，也存在相同的問題。計算1+1這樣的表達(dá)式不需要開辟很大的存儲空間，不需要適合小數(shù)甚至字符運(yùn)算的內(nèi)存空間。于是計算機(jī)的研究者們就考慮，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分出來多種數(shù)據(jù)類型。比如int，比如float。

　　雖然不同的計算機(jī)有不同的硬件系統(tǒng)，但實(shí)際上高級語言編寫者才不管程序運(yùn)行在什么計算機(jī)上，他們的目的就是為了實(shí)現(xiàn)整形數(shù)字的運(yùn)算，比如a+b等。他們才不關(guān)心整數(shù)在計算機(jī)內(nèi)部是如何表示的，也不管CPU是如何計算的。于是我們就考慮，無論什么計算機(jī)、什么語言都會面臨類似的整數(shù)運(yùn)算，我們可以考慮將其抽象出來。抽象是抽取出事物具有的普遍性本質(zhì)，是對事物的一個概括，是一種思考問題的方式。

　　抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）是指一個數(shù)學(xué)模型及定義在該模型上的一組操作。它僅取決于其邏輯特征，而與計算機(jī)內(nèi)部如何表示和實(shí)現(xiàn)無關(guān)。比如剛才說得整型，各個計算機(jī)，不管大型機(jī)、小型機(jī)、PC、平板電腦甚至智能手機(jī)，都有“整型”類型，也需要整形運(yùn)算，那么整型其實(shí)就是一個抽象數(shù)據(jù)類型。?　

　　更廣泛一點(diǎn)的，比如我們剛講解的棧和隊列這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們分別使用了數(shù)組和鏈表來實(shí)現(xiàn)，比如棧，對于使用者只需要知道pop()和push()方法或其它方法的存在以及如何使用即可，使用者不需要知道我們是使用的數(shù)組或是鏈表來實(shí)現(xiàn)的。

　　ADT的思想可以作為我們設(shè)計工具的理念，比如我們需要存儲數(shù)據(jù)，那么就從考慮需要在數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)的操作開始，需要存取最后一個數(shù)據(jù)項(xiàng)嗎？還是第一個？還是特定值的項(xiàng)？還是特定位置的項(xiàng)？回答這些問題會引出ADT的定義，只有完整的定義了ADT后，才應(yīng)該考慮實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。

　　這在我們Java語言中的接口設(shè)計理念是想通的。

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6、有序鏈表

　　前面的鏈表實(shí)現(xiàn)插入數(shù)據(jù)都是無序的，在有些應(yīng)用中需要鏈表中的數(shù)據(jù)有序，這稱為有序鏈表。

　　在有序鏈表中，數(shù)據(jù)是按照關(guān)鍵值有序排列的。一般在大多數(shù)需要使用有序數(shù)組的場合也可以使用有序鏈表。有序鏈表優(yōu)于有序數(shù)組的地方是插入的速度（因?yàn)樵夭恍枰苿?#xff09;，另外鏈表可以擴(kuò)展到全部有效的使用內(nèi)存，而數(shù)組只能局限于一個固定的大小中。

1 package com.ys.datastructure;2 3 public class OrderLinkedList {4 private Node head;5 6 private class Node{7 private int data;8 private Node next;9 10 public Node(int data){ 11 this.data = data; 12 } 13 } 14 15 public OrderLinkedList(){ 16 head = null; 17 } 18 19 //插入節(jié)點(diǎn)，并按照從小打到的順序排列 20 public void insert(int value){ 21 Node node = new Node(value); 22 Node pre = null; 23 Node current = head; 24 while(current != null && value > current.data){ 25 pre = current; 26 current = current.next; 27 } 28 if(pre == null){ 29 head = node; 30 head.next = current; 31 }else{ 32 pre.next = node; 33 node.next = current; 34 } 35 } 36 37 //刪除頭節(jié)點(diǎn) 38 public void deleteHead(){ 39 head = head.next; 40 } 41 42 public void display(){ 43 Node current = head; 44 while(current != null){ 45 System.out.print(current.data+" "); 46 current = current.next; 47 } 48 System.out.println(""); 49 } 50 51 }

　　在有序鏈表中插入和刪除某一項(xiàng)最多需要O(N)次比較，平均需要O(N/2)次，因?yàn)楸仨氀刂湵砩弦徊揭徊阶卟拍苷业秸_的插入位置，然而可以最快速度刪除最值，因?yàn)橹恍枰獎h除表頭即可，如果一個應(yīng)用需要頻繁的存取最小值，且不需要快速的插入，那么有序鏈表是一個比較好的選擇方案。比如優(yōu)先級隊列可以使用有序鏈表來實(shí)現(xiàn)。

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7、有序鏈表和無序數(shù)組組合排序

　　比如有一個無序數(shù)組需要排序，前面我們在講解冒泡排序、選擇排序、插入排序這三種簡單的排序時，需要的時間級別都是O(N2)。

　　現(xiàn)在我們講解了有序鏈表之后，對于一個無序數(shù)組，我們先將數(shù)組元素取出，一個一個的插入到有序鏈表中，然后將他們從有序鏈表中一個一個刪除，重新放入數(shù)組，那么數(shù)組就會排好序了。和插入排序一樣，如果插入了N個新數(shù)據(jù)，那么進(jìn)行大概N2/4次比較。但是相對于插入排序，每個元素只進(jìn)行了兩次排序，一次從數(shù)組到鏈表，一次從鏈表到數(shù)組，大概需要2*N次移動，而插入排序則需要N2次移動，

　　效率肯定是比前面講的簡單排序要高，但是缺點(diǎn)就是需要開辟差不多兩倍的空間，而且數(shù)組和鏈表必須在內(nèi)存中同時存在，如果有現(xiàn)成的鏈表可以用，那么這種方法還是挺好的。

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8、雙向鏈表

　　我們知道單向鏈表只能從一個方向遍歷，那么雙向鏈表它可以從兩個方向遍歷。

　　

　　具體代碼實(shí)現(xiàn)：

1 package com.ys.datastructure;2 3 public class TwoWayLinkedList {4 private Node head;//表示鏈表頭5 private Node tail;//表示鏈表尾6 private int size;//表示鏈表的節(jié)點(diǎn)個數(shù)7 8 private class Node{9 private Object data;10 private Node next;11 private Node prev;12 13 public Node(Object data){14 this.data = data;15 }16 }17 18 public TwoWayLinkedList(){19 size = 0;20 head = null;21 tail = null;22 }23 24 //在鏈表頭增加節(jié)點(diǎn)25 public void addHead(Object value){26 Node newNode = new Node(value);27 if(size == 0){28 head = newNode;29 tail = newNode;30 size++;31 }else{32 head.prev = newNode;33 newNode.next = head;34 head = newNode;35 size++;36 }37 }38 39 //在鏈表尾增加節(jié)點(diǎn)40 public void addTail(Object value){41 Node newNode = new Node(value);42 if(size == 0){43 head = newNode;44 tail = newNode;45 size++;46 }else{47 newNode.prev = tail;48 tail.next = newNode;49 tail = newNode;50 size++;51 }52 }53 54 //刪除鏈表頭55 public Node deleteHead(){56 Node temp = head;57 if(size != 0){58 head = head.next;59 head.prev = null;60 size--;61 }62 return temp;63 }64 65 //刪除鏈表尾66 public Node deleteTail(){67 Node temp = tail;68 if(size != 0){69 tail = tail.prev;70 tail.next = null;71 size--;72 }73 return temp;74 }75 76 //獲得鏈表的節(jié)點(diǎn)個數(shù)77 public int getSize(){78 return size;79 }80 //判斷鏈表是否為空81 public boolean isEmpty(){82 return (size == 0);83 }84 85 //顯示節(jié)點(diǎn)信息86 public void display(){87 if(size >0){88 Node node = head;89 int tempSize = size;90 if(tempSize == 1){//當(dāng)前鏈表只有一個節(jié)點(diǎn)91 System.out.println("["+node.data+"]");92 return;93 }94 while(tempSize>0){95 if(node.equals(head)){96 System.out.print("["+node.data+"->");97 }else if(node.next == null){98 System.out.print(node.data+"]");99 }else{ 100 System.out.print(node.data+"->"); 101 } 102 node = node.next; 103 tempSize--; 104 } 105 System.out.println(); 106 }else{//如果鏈表一個節(jié)點(diǎn)都沒有，直接打印[] 107 System.out.println("[]"); 108 } 109 110 } 111 }

　　我們也可以用雙向鏈表來實(shí)現(xiàn)雙端隊列，這里就不做具體代碼演示了。

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9、總結(jié)

　　上面我們講了各種鏈表，每個鏈表都包括一個LinikedList對象和許多Node對象，LinkedList對象通常包含頭和尾節(jié)點(diǎn)的引用，分別指向鏈表的第一個節(jié)點(diǎn)和最后一個節(jié)點(diǎn)。而每個節(jié)點(diǎn)對象通常包含數(shù)據(jù)部分data，以及對上一個節(jié)點(diǎn)的引用prev和下一個節(jié)點(diǎn)的引用next，只有下一個節(jié)點(diǎn)的引用稱為單向鏈表，兩個都有的稱為雙向鏈表。next值為null則說明是鏈表的結(jié)尾，如果想找到某個節(jié)點(diǎn)，我們必須從第一個節(jié)點(diǎn)開始遍歷，不斷通過next找到下一個節(jié)點(diǎn)，直到找到所需要的。棧和隊列都是ADT，可以用數(shù)組來實(shí)現(xiàn)，也可以用鏈表實(shí)現(xiàn)。

作者：YSOcean

出處：http://www.cnblogs.com/ysocean/

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java数据结构和算法（七）——链表的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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