前言
上一篇文章我们探讨了数组这个非常基础的数据结构。对于数组，我们知道了数组在内存中是按照顺序存储并线性排列，所以具有“随机访问"的能力，但是对于删除和插入等操作却十分低效。
今天我们一起探讨一个新的数据结构—链表，看看链表是什么？学习链表有什么用？
链表是什么
链表是一种非常重要的数据结构，应用的非常广泛，在写链表代码非常容易出错，所以面试中链表经常会被用来考察面试者的逻辑是否严谨。
链表它不像数组，数组需要的是一块连续的内存空间来存储，而链表并不需要一块连续的内存你空间（也就是可连续也可不连续），它可以利用“指针”(next域)将一组零散的内存块串联起来，所有链表的存储方式是随机存储。我们看看链表中的单个节点长什么样，如下如所示：
图中你可以看到，data和next。 解释一下：
- data: 存放结点值的数据域 ;
- next: 记录下个结点地址的指针，也叫做后继指针域;
链表之所以能够将零散的内存块串联起来，主要就是依靠这个next指针。
那么接下来，今天我们一起了解三种最常见的链表结构，分别是单链表、双向链表、循环链表等。
1. 单链表
我们先来看看单链表的结构，如下图所示：
图中我们可以发现，在单链表中每个单节点都包含两部分，也就是上面我们说的data和next。这里就不再解释了。除此之外，还有一个head,这个是什么呢？ 这个其实是头结点，也就是链表的第一个节点。同样道理，链表最后一个结点我们称为尾结点，尾结点比较特殊，它的next指针是指向null的，也就是表示链表的最后一个结点。
2. 双向链表
我们先再来看看双向链表的结构，如下图所示：
图中我们可以发现，双向链表是比单链表稍微复杂一些的，在单链表中只有一个方向，每个结点只有一个后继指针next , 而双向链表支持两个方向，每个结点中不仅有一个后继指针next，还有一个前继指针pre，而且第一个结点的前继指针pre是指向null的。
思考：双向链表每个结点使用两个指针有什么优缺点呢？
由图可知，单链表只支持一个方向的遍历，而双向链表是支持两个方向的遍历的。优点就是双向链表要比单链表灵活的多，但是这种灵活是要付出代价的。缺点就是如果存储相同数量的元素，相比单链表而言，双向链表的两个指针是比较浪费空间的。
3. 循环链表
提到循环链表，可分为单向循环链表和双向循环链表，其实都是由上述的两种链表演化而来。如下图所示：
单链表的尾结点后继指针是指向null，而循环链表的尾结点后继指针是指向链表的头结点的，图中我们可以发现，循环链表就像一个环一样首尾连接。
链表的基本操作
上文中我们一起简单聊了几种常见的链表结构，下面我们以单链表为例，用图解的方式看看链表是怎么进行增删改查的，在开始之前我们先创建一个类。代码如下：
public class MyLinked {
private Node head;
private Node last;
private int size;
private static class Node{
public int data;
public Node next;
public Node(int data){
this.data=data;
}
}
}
在链表操作中最为重要的一点就是
1. 查找结点
当数组在查找元素的时候，可以通过下标快速定位到对应元素。但是链表可没这个能力，在链表中查找某个元素，只能从头结点开始一个个向后查找，直到找到要查找的元素或者找不到。由于从头开始遍历，故时间复杂度为O(N)。链表查找结点过程如下图所示：
查找指定结点的代码如下：
/**
* 获取指定位置的元素
*
* @param index 指定位置
* @return
* @throws Exception
*/
public Node find(int index) throws Exception {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IndexOutOfBoundsException("超出链表实际节点范围！");
}
Node temp = head;
for (int i = 0; i < index; i++) {
temp = temp.next;
}
return temp;
}
2. 更新结点
链表中更新结点如查找过程类似，也是从头开始遍历，找到要更新的结点那个位置，然后直接赋值就可以了。链表更新结点过程如下图所示：
3. 新增结点
链表中新增结点需要考虑三种情况，分别是：头部新增、中间新增、尾部新增。
我们先来看看最简单的尾部新增的情况，只需要遍历链表，如果当前结点的next指向null 的话，就直接该结点的next指针指向新增的这个结点就可以了。如下图所示：
接下来我们在看看头部插入情况，因为在链表头部插入，所有我们不需要遍历链表。我们先将新增的这个结点的
next指针指向原链表的头结点head，然后修改一下头结点的位置为新增的这个结点即可。如下图所示：
最后我们再看看中间新增结点的情况，此时我们需要遍历链表，第一步：将新增的结点的next指针指向新增的位置的结点，第二步：将新增的这个位置的前置结点的next指针指向新结点即可。这个过程一点要注意，一点不能颠倒顺序，否则容易链表的断开。如下图所示：
指定位置新增结点的代码如下：
/**
* 指定位置新增元素
*
* @param data
* @param index
* @throws Exception
*/
public void insert(int data, int index) throws Exception {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IndexOutOfBoundsException("超出链表实际节点范围！");
}
Node insertNode = new Node(data);
if (size == 0) {
// 空链表 新增
head = insertNode;
last = insertNode;
} else if (index == 0) {
// 头部新增
insertNode.next = head;
head = insertNode;
} else if (size == index) {
// 尾部新增
last.next = insertNode;
last = insertNode;
} else {
// 获得 新增的位置前面一个元素
Node preNode = find(index - 1);
insertNode.next = preNode.next;
preNode.next = insertNode;
}
// 链表实际长度+1
size++;
}
4. 删除结点
链表中删除结点同样需要考虑三种情况，分别是：头部删除、中间删除、尾部删除。
我们先来看看最简单的尾部删除的情况，当遍历到链表倒数第二个结点的结点，直接将该结点的next结点指向null即可。如下图所示：
接下来我们在看看头部删除情况，当删除链表头部结点的时候，只需要将头结点变更为原头结点的下一个结点为新的头结点即可。如下图所示：
最后我们再看看中间删除结点的情况，这个情况的关键是找到待删除结点的前置结点。修改这个前置结点的下一个结点为待删除结点的下一个结点接口。如下图所示：
指定位置新增结点的代码如下：
/**
* 删除指定位置的链表元素
*
* @param index 指定位置
* @return 删除的元素
* @throws Exception
*/
public Node delete(int index) throws Exception {
if (index < 0 || index > size) {
throw new IndexOutOfBoundsException("超出链表实际节点范围！");
}
Node removeNode = null;
if (size == 0) {
// 头部删除
removeNode = head;
head = head.next;
} else if (size - 1 == index) {
// 尾部删除
// 获得 删除的位置前面一个元素
Node preNode = find(index - 1);
removeNode = preNode.next;
preNode.next = null;
last = preNode;
} else {
// 中间删除
// 获得 删除的位置前面一个元素
Node preNode = find(index - 1);
removeNode = preNode.next;
preNode.next = preNode.next.next;
}
// 链表实际长度-1
size--;
return removeNode;
}
总结
本文简单介绍了链表这个数据结构，我们知道了链表的优点是大小可变，插入和删除的效率很都非常高，。缺点就是如果查找一个元素，你只能从头开始遍历，所以说查询的效率很低。
