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本系列文章为个人学习总结，如果有发现错误或存在疑问之处，欢迎留言指点！

本文是重学数据结构系列的第二篇，系列文章如下：
1.算法时间复杂度和空间复杂度
2.重学数据结构--链表
3.重学数据结构--队列
4.重学数据结构--栈
5.重学数据结构--树

0.前言

要学习数据结构首先要了解它有些什么内容，知道了它有哪些内容将帮助我们更好的学习。数据结构包括线性结构和非线性结构。

线性结构

• 线性结构作为最常用的数据结构，其特点是数据元素之间存在一对一的线性关系
• 线性结构有两种不同的存储结构，即顺序存储结构（数组）和链式存储结构(链表)。顺序存储的线性表称为顺序表，顺序表中的存储元素是连续的。
• 链式存储的线性表称为链表，链表中的存储元素不一定是连续的，元素节点中存放数据元素以及相邻元素的地址信息。
• 线性结构常见的有：数组、链表、队列和栈。

非线性结构

非线性结构包括：二维数组、多维数组、广义表、树结构、图结构。

本系列文章计划从线性结构的链表开始讲解。

1.链表

1.1.介绍

链表是有序存储列表，但是他在内存中的存储结构如下：

小结上图：

• 链表是以节点的方式来存储，是链式存储
• 每个节点包含data域：存储数据，next域：指向下一个节点.
• 如图：发现链表的各个节点不一定是连续存储.
• 链表分带头节点的链表和没有头节点的链表，根据实际的需求来确定

链表分为单向链表和双向链表。

1.2.单向链表

单链表（带头结点）逻辑结构示意图如下:

使用带 head头的单向链表实现-水浒英雄排行榜管理完成对英雄人物的增删改查操作。

增删改查

创建节点

class HeroNode{
    public int no;    // 编号
    public String name;  // 名字
    public String nickname;  //昵称
    public HeroNode next; //指向下一个节点
​
    public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }
​
    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + ''' +
                ", nickname='" + nickname + ''' +
                '}';
    }
}

遍历节点

遍历链表需要新建辅助节点指向头节点，每遍历一个节点，辅助节点往后一个位置，直到当前节点的next域为空。

    public void list(){
        //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
        HeroNode temp = head.next;
        while (true){
            //找到链表最后
            if(temp == null){
                break;
            }
            System.out.println(temp);
            temp = temp.next;
        }
    }

添加节点

添加节点可分为两种：

• 链表尾部添加节点

  在链表尾部添加节点需要先遍历节点，找到最后一个节点在尾部添加即可。

  
  public void add(HeroNode heroNode){
          //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
          HeroNode temp = head;
          while (true){
              //找到链表最后
              if(temp.next == null){
                  break;
              }
              temp = temp.next;
          }
          //添加到链表尾部
          temp.next = heroNode;
      }
  

• 在满足某个条件的位置添加节点(中间)

  

  先遍历找到满足条件位置的前一个节点，然后newNode.next=temp.next，temp.next=temp

  
  public void addByOrder(HeroNode heroNode){
          //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
          HeroNode temp = head;
          boolean falg = false; //标志添加的节点唯一标识是否已经存在
          //找到对应位置
          while (true){
              //找到链表最后
              if(temp.next == null){
                  break;
              }
              if(temp.next.no>heroNode.no){  //找到对应位置
                  break;
              }else if(temp.next.no == heroNode.no){
                 falg = true;
                 break;
              }
              temp = temp.next;
          }
  ​
          if (falg){  //不能添加，已经存在
              System.out.println("不能添加，当前信息已经存在");
          }else {
              //插入temp后面
              if(temp.next!=null){
                  heroNode.next = temp.next;
              }
              temp.next = heroNode;
          }
    }
  

修改节点

修改节点也就相当于遍历链表，找到对应节点后修改其信息就可以。

public void update(HeroNode heroNode){
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
        HeroNode temp = head;
        boolean falg = false;  //标识需要更新的节点是否存在
        while (true){
            if (temp==null){
                //链表已经遍历完
                break;
            }
            if(temp.next.no == heroNode.no){
                falg = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
​
        //更新节点
        if (falg){
            heroNode.next = temp.next.next;
            temp.next = heroNode;
        }else{
            System.out.println("需要更新的节点不存在");
        }
    }

删除节点

知道了怎么遍历删除节点也很容易，后面汇总列出代码。

其他

链表反转

思路：

• 定义三个辅助节点reverseHead(新链表头)、cur(当前操作的节点)、next(当前操作节点的下一节点)
• 遍历原链表每次取出一个节点，将其放在reverseHead的最前端
• 遍历完原链表所有后，指定原节点的下一个节点为reverseHead的最前面一个节点。

    public void reverse(){
        //如果当前链表为空，或者只有一个节点，无需反转
        if(head.next == null || head.next.next == null){
            return;
        }
​
        //定义一个辅助指针变量
        HeroNode cur = head.next;
        HeroNode next = null;
        HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"","");
        while (cur !=null){
            next = cur.next;   //保存当前节点的下一个节点
            cur.next = reverseHead.next;
            reverseHead.next = cur;
            cur = next;
        }
​
        head.next = reverseHead.next;
​
    }

逆序输出

思路：遍历链表，将每一个节点依次入栈，然后遍历栈。

实现汇总

class SingleLinkedList{
    //先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据
    private HeroNode head = new HeroNode(0,"","");
​
    /**
     * 返回头节点
     * @return
     */
    public HeroNode getHead(){
        return head;
    }
​
​
    /**
     * 往节点尾部添加节点(不考虑顺序)
     * @param heroNode
     */
    public void add(HeroNode heroNode){
        //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
        HeroNode temp = head;
        while (true){
            //找到链表最后
            if(temp.next == null){
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
​
        //添加到链表尾部
        temp.next = heroNode;
    }
    /**
     * 按顺序添加节点（asc）
     */
    public void addByOrder(HeroNode heroNode){
        //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
        HeroNode temp = head;
        boolean falg = false; //标志添加的节点唯一标识是否已经存在
        //找到对应位置
        while (true){
​
            //找到链表最后
            if(temp.next == null){
                break;
            }
​
            if(temp.next.no>heroNode.no){  //找到对应位置
                break;
            }else if(temp.next.no == heroNode.no){
               falg = true;
               break;
            }
            temp = temp.next;
        }
​
        if (falg){  //不能添加，已经存在
            System.out.println("不能添加，当前信息已经存在");
        }else {
            //插入temp后面
            heroNode.next = temp.next;
            temp.next = heroNode;
        }
    }
​
    /**
     * 更新链表信息
     * @param heroNode
     */
    public void update(HeroNode heroNode){
        if (head.next == null){
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
        HeroNode temp = head;
        boolean falg = false;  //标识需要更新的节点是否存在
        while (true){
            if (temp==null){
                //链表已经遍历完
                break;
            }
            if(temp.next.no == heroNode.no){
                falg = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
​
        //更新节点
        if (falg){
            heroNode.next = temp.next.next;
            temp.next = heroNode;
        }else{
            System.out.println("需要更新的节点不存在");
        }
    }
​
​
    /**
     * 删除指定编号的节点
     * @param no
     */
    public void delete(int no){
        //定义一个辅助节点，方便遍历
        HeroNode temp = head;
        boolean falg = false; //标识需要删除的节点是否存在
        while (true){
            if(temp == null){
                break;
            }
            //找到对应节点
            if(temp.next.no == no){
                falg = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
​
        //删除对应节点
        if (falg){
            temp.next = temp.next.next;
        }else{
            System.out.println("要删除的节点不存在");
        }
​
    }
​
​
    /**
     * 求链表长度
     * @return
     */
    public int getLength(){
        //定义一个辅助节点
        HeroNode temp = head.next;
        int length = 0;
​
        while (true){
            if(temp == null){
                break;
            }
            length++;
            temp = temp.next;
        }
        return length;
    }
​
​
    /**
     * 查找链表中的倒数第k个节点
     * @param k
     * @return
     */
    public HeroNode findLastIndexNode(int k){
​
        int length = getLength();
​
        if(k <= 0 || k>length){
            return null;
        }
​
        HeroNode cur = head.next;
        int index = 0;
        while (cur!=null){
            if(length-index == k){
                break;
            }
            index ++;
            cur = cur.next;
        }
        return cur;
    }
​
​
    /**
     * 链表反转(前插）
     */
    public void reverse(){
        //如果当前链表为空，或者只有一个节点，无需反转
        if(head.next == null || head.next.next == null){
            return;
        }
​
        //定义一个辅助指针变量
        HeroNode cur = head.next;
        HeroNode next = null;
        HeroNode reverseHead = new HeroNode(0,"","");
        while (cur !=null){
            next = cur.next;   //保存当前节点的下一个节点
            cur.next = reverseHead.next;
            reverseHead.next = cur;
            cur = next;
        }
​
        head.next = reverseHead.next;
​
    }
​
​
    /**
     * 逆序输出
     */
    public void reversePrint(){
        if (head.next == null){
            return;
        }
​
        Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
        //定义一个辅助节点
        HeroNode cur = head.next;
        while (cur != null){
            stack.push(cur);
            cur = cur.next;
        }
​
        while (stack.size() > 0){
            System.out.println(stack.pop());
        }
​
​
    }
​
​
​
    /**
     * 显示列表信息
     */
    public void list(){
​
        //定义一个辅助节点，方便遍历链表(头节点不能动)
        HeroNode temp = head.next;
        while (true){
            //找到链表最后
            if(temp == null){
                break;
            }
            System.out.println(temp);
            temp = temp.next;
        }
    }
​
}
​
​

测试

public class SingleLinkedListDemo {
​
    public static void main(String[] args) {
        //进行测试
        //先创建节点
        HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
        HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
​
        //创建要给链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
​
        //加入
//        singleLinkedList.add(hero1);
//        singleLinkedList.add(hero4);
//        singleLinkedList.add(hero2);
//        singleLinkedList.add(hero3);
​
        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
​
        System.out.println("遍历链表~~");
        singleLinkedList.list();
        HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~");
        singleLinkedList.update(newHeroNode);
        System.out.println("修改后~~");
        singleLinkedList.list();
​
        System.out.println("删除后~~~~");
        singleLinkedList.delete(3);
        singleLinkedList.list();
​
        System.out.println("链表反转后");
        singleLinkedList.reverse();
        singleLinkedList.list();
​
        System.out.println("链表长度："+singleLinkedList.getLength());
​
​
        HeroNode lastIndexNode = singleLinkedList.findLastIndexNode(2);
        System.out.println("链表倒数第2个节点信息为"+lastIndexNode);
​
        singleLinkedList.list();
        System.out.println();
        singleLinkedList.reversePrint();
    }
}
​

1.3.双向链表

双向链表与单向链表差不多，不同的是

• 在结构上双向链表节点比单向链表多了一个pre 域，pre指向当前节点的上一个节点。
• 单向链表差找的方向只能是一个(从前往后)，而双向链表可以向前也可以向后。
• 单向链表不能自我删除(需要靠辅助节点)，而双向链表可以自我删除

如下图示双向链表结构图：

下面使用带 head头的双向链表实现-水浒英雄排行榜管理完成对英雄人物的增删改遍历操作。

增删改查思路分析

创建头节点

class HeroNode2{
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;
    public HeroNode2 next; //指向下一个节点
    public HeroNode2 pre;  //指向上一个节点
​
    public HeroNode2(int no, String name, String nickname) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }
​
    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + ''' +
                ", nickname='" + nickname + ''' +
                '}';
    }
​
}

遍历节点

双向链表遍历跟单向链表一样，不同的双向链表可以向前也可以向后遍历。

添加节点

添加节点也分为两种情况，添加到链表尾部和链表中间

• 添加到尾部：用辅助节点遍历到最后一个节点后

  
  temp.next = newnode;
  newnode.pre = temp; 
  

• 添加到中间：找到合适位置后执行下面几个操作

temp.next.pre=newnode
newnode.next=temp.next
newnode.pre=temp
temp.next=newnode

删除节点

遍历找到要删除的节点后，执行如下操作

temp.pre.next = temp.next;
temp.next.pre = temp.pre;

修改链表

修改链表跟单链表一样。

具体实现

class DoubleLinkedList{
​
    //初始化头节点,不存放任何数据
    private HeroNode2 head = new HeroNode2(0,"","");
​
    //返回头节点
    public HeroNode2 getHead() {
        return head;
    }
​
    /**
     * 添加节点
     * @param heroNode
     */
    public void add(HeroNode2 heroNode){
        //定义一个辅助节点
        HeroNode2 temp = head;
        while (true){
            if(temp.next == null){
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        temp.next = heroNode;
        heroNode.pre = temp;
    }
​
    /**
     * 按升序添加节点
     * @param heroNode
     */
    public void addByOrder(HeroNode2 heroNode){
        //定义一个辅助节点
        HeroNode2 temp = head;
        boolean falg = false; //标识添加节点唯一标识是否已经存在
        while (true){
            if(temp.next == null){
                break;
            }
            if(temp.next.no>heroNode.no){
                break;
            }else if(temp.next.no == heroNode.no){
                falg = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        if(!falg){
            //不是添加到链表尾部
            if(temp.next!=null){
                temp.next.pre = heroNode;
                heroNode.next = temp.next;
            }
            temp.next = heroNode;
            heroNode.pre = temp;
        }else{
            System.out.println("不能添加，当前信息已经存在");
        }
​
​
    }
​
​
    /**
     * 修改链表
     * @param heroNode2
     */
    public void update(HeroNode2 heroNode2){
        if(head.next == null){
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        //定义一个辅助节点
        HeroNode2 temp = head.next;
        boolean falg = false; //标志要修改的数据是否存在
​
        while (true){
            //遍历到链表尾部
            if (temp.next == null){
                return;
            }
            //找到要修改的数据
            if(temp.next.no == heroNode2.no){
                falg = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        if(falg){
            temp.next.name = heroNode2.name;
            temp.next.nickname = heroNode2.nickname;
        }else{
            System.out.println("没有找到要修改的数据~~~");
        }
​
​
    }
​
​
​
    /**
     * 删除节点
     * @param no
     */
    public void del(int no){
        if(head.next == null){
            System.out.println("链表为空~~~~");
            return;
        }
        HeroNode2 temp = head.next;
        boolean falg = false;
        while (true) {
            if(temp == null){
                break;
            }
​
            if(temp.no == no){
                falg = true;
                break;
            }
​
            temp = temp.next;
        }
        if(falg){
           temp.pre.next = temp.next;
           if(temp.next!=null){
               temp.next.pre = temp.pre;
           }
        }else{
            System.out.println("要删除的节点不存在");
        }
    }
​
​
    /**
     * 遍历链表
     */
    public void list(){
        //定义一个辅助节点
        HeroNode2 temp = head.next;
        if(temp == null){
            System.out.println("链表为空~~");
            return;
        }
        while (true){
            if(temp == null){
                break;
            }
            System.out.println(temp);
            temp = temp.next;
        }
    }
}
​

1.4.数组和链表的区别

	链表	数组
内存占用	不需要连续的空间	需要连续的空间
大小可变	链表的大小可动态变化	数组大小固定，不能动态扩展
增删	较快，只需要修改前一个元素的指针即可	较慢，需要移动的元素很多
查询	较慢，只能遍历查询	较快，通过下标直接访问
访问方式	必须顺序访问，不能随机访问	可以随机访问