对顺序表以及双向链表的理解

2438 字
12 分钟
对顺序表以及双向链表的理解

1.List 引入#

1.什么是 List#

图片来自于菜鸟教程

在了解 ArrayList即顺序表 (Sequential List) 与 LinkedList即 双向链表 (Doubly Linked List) 之前,有必要先明 List是什么。

List 是一个接口,其继承自 Collection,类似可以理解为“合同”。它规定了所有子类需要具备的功能:索引访问 get(i)、插入元素 add、删除元素 remove 等功能。

List 与 ArrayList、LinkedList 的关系

List 首先是一个接口(可理解为合同),而 ArrayListLinkedList 则是它的实现类(可理解为员工在合同下工作)。也就是说,ArrayListLinkedList 两个类都需要重写 List 中的方法。

2.ArrayList 的理解#

2.1 什么是 ArrayList#

先从图片上引入对 ArrayList 的概念,其实就是数组

ArrayList 中文称为顺序表,

从物理意义上:它是用一段连续的物理内存(数组)来表达线性关系的。

从源码上看主要是这几个常量,包括容量,数组,实际大小usedSize

2.2 ArrayList 的模拟实现#

2.2.1 实现 MyArrayList 类#

我们尝试模拟实现一下 ArrayList 的主要功能,定义一个 MyArrayList

具体代码可访问GitHub远程仓库

首先创建一个模拟 IList 接口,根据接口定义的方法以及 ArrayList 的源码去模拟实现MyArrayList

public interface IList {
// 新增元素,默认在数组最后新增
public void add(int data);
// 在 pos 位置新增元素
public void add(int pos, int data);
// 判断数组是否已满
public boolean isFull();
// 判定是否包含某个元素
public boolean contains(int toFind);
// 查找某个元素对应的位置
public int indexOf(int toFind);
// 获取 pos 位置的元素
public int get(int pos);
// 给 pos 位置的元素设为 value
public void set(int pos, int value);
//删除第一次出现的关键字key
public void remove(int toRemove);
// 获取顺序表长度
public int size() ;
// 清空顺序表
public void clear();
// 打印顺序表,注意:该方法并不是顺序表中的方法,为了方便看测试结果给出的
public void display() ;
}

MyArrayList 类有以下变量及构造方法

public class MyArrayList implements IList{
public int[] array;
public int usedSize;
public static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
public MyArrayList(){
array = new int[DEFAULT_CAPACITY];
}
}

由于 ArrayList 官方源码是适配多种类型而使用泛型,我们为方便理解就从整型去创建。

其涉及的相关题目可以有 杨辉三角的实现,简单的洗牌算法参考源码,了解完之后就对 ArrayList 有初步理解了

2.3ArrayList 的局限性#

由于 ArrayList 底层代码是一段连续空间,当在 ArrayList 任意位置插入或者删除元素时,就需要将后续元素整体往前或者往后搬移,时间复杂度为 O(n),效率较低。

3.链表 与 LinkedList#

3.1 链表的概念#

链表是物理存储结构上非连存储结构,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。每个节点存储了当前节点的 value 以及对下一个节点的索引

其结构类似图中内容

实际中链表结构又是多样的:

  1. 单项或者双向
  2. 带头或者不带头
  3. 循环或者非循环

**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。

因此我们以单向无头非循环链表举例。

3.2 链表的模拟实现#

3.2.1 自创 MySingleList 类#

实现的代码可访问该链接 -> 参考源码

我们同样可以实现上面的 IList 接口,其变量、内部类以及构造方法有以下

public class MySingleList implements IList{
// 创建整个链表中的各个节点(车厢)
static class ListNode {
public int val;
public ListNode next; // 对下一个节点的索引
// 初始化各个节点
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
// 存储头节点引用(火车头)
public ListNode head;
}

主要方法有头插法 addFirst()、尾插法 addLast()、任意位置插入 addIndex()、是否包含 contains()、删除节点 remove()等等

我们选部分了解:

头插法:

public void addFirst(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
node.next = this.head;
this.head = node;
}

即在头节点前插入,时间复杂度为 O(1),而 ArrayList 中为 O(n)


尾插法:

public void addLast(int data) {
ListNode node = new ListNode(data);
if(this.head == null){
this.head = node;
return;
}
ListNode cur = this.head;
// cur.next != null可以走到倒数第二个节点
// 但最后一个节点地址可获取
while(cur.next != null){
cur = cur.next;
}
cur.next = node;
}

即在最后节点插入,注意最后节点的 next 必须置空

另外补充,官方在链表中增加新节点是默认使用尾插


删除节点:

@Override
public void remove(int key) {
if(this.head == null){
return;
}
if(this.head.val == key){
this.head = this.head.next;
return;
}
// 创建当前节点cur
ListNode cur = FindNodeBeforeKey(key);
cur.next = cur.next.next;
}
// 查找到删除节点前的一个节点
private ListNode FindNodeBeforeKey(int key){
// 创建当前节点
ListNode cur = this.head;
// cur要每一个都走一遍
while(cur.next != null){
if(cur.next.val == key){
return cur;
}
cur = cur.next;
}
return null;
}

利用删除节点的前一节点访问到删除节点的 val 值去匹配 key,以及当前节点 curnext 索引的修改

3.3 单链表相关的 OJ 面试题#

  1. 删除链表中等于给定值 val 的所有节点。Leecode 移除链表元素

  2. 反转一个单链表。Leecode 反转一个单链表

  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。Leecode 链表的中间节点

  4. 输入一个链表,输出该链表中倒数第k个结点。 Leecode 返回倒数第k个节点

  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。Leecode 合并两个有序链表

  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 。Leecode 分割链表

  7. 链表的回文结构。Leecode 回文链表

  8. 输入两个链表,找出它们的第一个公共结点。Leecode 相交链表

9.给定一个链表,判断链表中是否有环。Leecode 环形链表

尝试上面的 Oj 题后,相信你对链表有自己的见解了,以上 Oj 题我会同步发出题解文章

3.4 LinkedList 的结构#

LinkedList 的底层是双向链表结构,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。

以下图片即为双向链表结构,包含了 valprev 前驱、next 后驱以及 head 头指针和尾指针

通过以下集合框架可以发现,LinkedList 也同样实现了 List 接口:

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

3.5 LinkedList 的模拟实现#

3.5.1 实现 MyLinkedList 类#

ArrayList、单向链表一样,同样实现 List 接口,在此我们就模拟实现 IList 接口

public class MyLinkedList implements IList {
// 内部类-各个节点
class ListNode{
public int val;
public ListNode prev; // 前驱
public ListNode next; // 后驱
public ListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;
public ListNode last;
}

与链表类似,但删除时不再需要提前一个节点,我们可直接到要删除的节点位置

remove() - 删除方法:

@Override
public void remove(int key) {
ListNode cur = head;
while(cur != null){
if(cur.val == key){
//删除在开头
if(cur == head){
head = head.next;
if (head != null) {
// 情况 A: 至少还有两个节点,现在的 head 指向原第二个节点
head.prev = null;
} else {
// 情况 B: 原本只有一个节点,删完后 head 为 null
// 必须同步清理 last
last = null;
}
} else{
//删除在其他(中间、结尾)
cur.prev.next = cur.next;
if(cur.next == null){
last = last.prev; // 该情况为删除在结尾
} else{
cur.next.prev = cur.prev;
}
}
return;
}
cur = cur.next;
}
}

如代码中注释,删除位置首先分为两处—

  1. 开头、2. 中间和结尾

随后依次在分类讨论情况,其常用方法与 ArrayList 类似

3.6ArrayList、链表、LinkedList 关系#

线性表 (Linear List) —— “我们要排成一队” (逻辑协议)

├── 顺序表 (Sequential List) —— “大家必须坐连排座” (底层是数组)

└── 链表 (Linked List) —— “大家随便坐,手拉手就行” (底层是节点)

├── 单向链表 —— “只知道后面是谁”

└── 双向链表 —— “既知道前面,也知道后面”

概念名称属于什么物理结构在 Java 中的“肉身”
顺序表线性表的一种实现连续数组<font style="color:rgb(68, 71, 70);">ArrayList</font>
链表线性表的一种实现分散节点 + 指针<font style="color:rgb(68, 71, 70);">LinkedList</font>
链表节点链表的组成零件包含数据和指针的对象<font style="color:rgb(68, 71, 70);">ListNode</font>

文章分享

如果这篇文章对你有帮助,欢迎分享给更多人!

对顺序表以及双向链表的理解
https://blog.sirens007.cn/posts/sequentiallistandlinkedlist/
作者
Sirens
发布于
2026-03-27
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

评论区

Profile Image of the Author
Sirens
永遠相信,美好的事情即將發生
公告
欢迎来到我的博客!
音乐
封面

音乐

暂未播放

0:00 0:00
暂无歌词
分类
标签
站点统计
文章
13
分类
2
标签
8
总字数
39,660
运行时长
0
最后活动
0 天前

目录