【数据结构篇】线性表1 --- 顺序表、链表 （万字详解！！）

前言：这篇博客我们重点讲 线性表中的顺序表、链表

线性表（linear list）是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。

线性表是一种在实际中广泛使用的数据结构，常见的线性表：顺序表、链表、栈、队列...

线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的一条直线。但是在物理结构上并不一定是连续的，线性表在物理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。 

 顺序表（ArrayList）

什么是顺序表？ 

顺序表是用一段物理地址连续的存储单元，依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存储。在数组上完成数据的增删查改。

 也就是说，顺序表  底层结构就是 一个数组。是使用数组 来完成的一种结构。

那现在有一个数组，如果有一组数据 1，2，3，4，5，6，7 ， 我们现在想把这组数据放到数组里去。

我们先放进1，2，3 ， 问当前数组里有多少个有效数据？ 很明显是 3 个。

那怎么利用程序判断他有 3 个有效数据呢？

我们需要先定义一个变量 usedSize , 放进一个数据 usedSize++,放一个就加一下。这不就能确定有几个有效数据了吗。

代码实现 （MyArrayList）

接下来我们利用代码来实现顺序表的增删查改等方法： 

--- 打印顺序表 

就是遍历数组 

--- 新增元素 

1.新增元素，默认在数组最后新增

 这么写没问题吗？如果满了怎么办？

所有我们要写一个方法来判断是否满了 ：

新增元素前我们要判断是否满了，满了的话要扩容 

新增看看效果：

  

2.在指定位置新增元素 

我们的逻辑应该是把指定位置之后的数据 都向后挪，把指定位置空出来，再在指定位置插入数据 。

那具体该如何挪数据？ 

我们要从最后的位置开始挪 ，不能从第一个开始挪，不然会把之后的数据盖掉。

 

那我们现在确定了挪的方法，接下来我们看看代码如何实现： 

注意：我们这里是要判断pos的位置是否合法的 ，

pos不能小于0，也不能跳着放（大于usedSize）.

为此我们还搞了个异常 

（ps:异常之前讲过 链接 https://blog.csdn.net/iiiiiihuang/article/details/130671801?spm=1001.2014.3001.5501 ）

我们看看运行效果 ：

看看位置不合法时的运行结果： 

--- 判断是否包含某个元素

运行结果  

--- 查找某个元素具体位置（下标）

运行结果 

--- 获取 pos 位置的元素

还要判断位置是否合法。

运行结果 

--- 给pos位置 的值设为 value 

 这里同样要先判断 pos 位置是否合法，那我们可以单独写一个方法，来判断。（方法的封装）

运行结果 

--- 获取顺序表长度

--- 删除第一次出现的关键字 

代码实现 

 

注意：usedSize - 1 防止越界，这里是 this.elem[i] = this.elem[i + 1]， 那 i 走到倒数第二位就行了

运行结果 

--- 清除顺序表 

 

ps （小提一嘴）: 现在的都是整型这么写可以，但是的是 引用类型 的时候要一个一个 置为 null ，删除也要有类似操作。

完整代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;/*** @Author: iiiiiihuang*/
public class MyArrayList {private int[] elem;//存放数据元素。private int usedSize;//代表当前顺序表中有效数据个数。private  static  final int DEFAULT_SIZE = 10;/*** 默认构造方法*/public MyArrayList() {this.elem = new int[DEFAULT_SIZE];}/*** 指定容量* @param initCapacity*/public MyArrayList(int initCapacity) {this.elem = new int[initCapacity];}/*** 打印顺序表中的所有元素*/public void display() {for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {System.out.print(this.elem[i] + " ");}}public boolean isFull() {if(this.usedSize == this.elem.length){return true;}return false;}/*** 新增元素，默认在数组最后新增* @param date*/public void add(int date){if(isFull()){//扩容this.elem = Arrays.copyOf(this.elem, 2*this.elem.length);}this.elem[this.usedSize] = date;this.usedSize++;}//判断pos位置是否合法private void checkPos(int pos){if(pos < 0 || pos >= usedSize){throw new PosOutOfBoundsException(pos + "位置不合法");}}/*** 在指定位置（pos）新增元素* @param pos* @param date*/public void add(int pos, int date) {//判断pos位置是否合法if(pos < 0 || pos > usedSize){throw new PosOutOfBoundsException(pos + "位置不合法");}if(isFull()){this.elem = Arrays.copyOf(this.elem, 2*this.elem.length);}for (int i = this.usedSize - 1; i >= pos; i--) {this.elem[i + 1] = this.elem[i];}this.elem[pos] = date;usedSize++;}/*** 判断是否包含某个元素* @param toFind* @return*/public boolean contains(int toFind){for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {if(this.elem[i] == toFind){return true;}}return false;}/*** 查找某个元素具体位置(下标）* @param toFind* @return*/public int indexOf(int toFind){for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {if(this.elem[i] == toFind){return i;}}return -1;}/*** 获取 pos 位置的元素* @param pos* @return*/public int get(int pos) {//判断pos位置是否合法checkPos(pos);return this.elem[pos];}/*** 给pos位置 的值设为 value* @param pos* @param value*/public void set(int pos, int value) {checkPos(pos);this.elem[pos] = value;}/*** 获取顺序表长度*/public int size() {return this.usedSize;}/*** 删除第一次出现的关键字* @param toRemove*/public void remove(int toRemove) {//获取要删除元素下标int index = indexOf(toRemove);if(index == -1){System.out.println("没有这个数据");return;}//usedSize - 1 防止越界for (int i = index; i < this.usedSize - 1; i++) {this.elem[i] = this.elem[i + 1];}usedSize--;}/*** 清除顺序表*/public void clear() {this.usedSize = 0;}
}

上述是自己实现一个顺序表结构，那以后用到顺序表都要我们自己重新实现吗？ 当然不用啦！ 

Java里面已经帮你处理好了，有现成的 ，就是 ArrayList

ArrayList
 

在集合框架中，ArrayList是一个普通的类，实现了List接口 。 

1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化
2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的
4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化
5. 和Vector不同，ArrayList不是线程安全的，在单线程下可以使用，在多线程中可以选择          Vector或者CopyOnWriteArrayList
6. ArrayList底层是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的顺序表 

我们可以在 IDEA 里看到 ArrayList 的源码

接下来我们 来介绍一下 ArrayList 的几种用法。

ArrayList 的实例化

 这两种方法都行，区别就在于，方法一 可以调用的方法更多一些。 但是方法二 发生了向上转型，

一般情况下，我们用方法二多一点。

（ps: 向上转型 前面介绍过了 链接  https://blog.csdn.net/iiiiiihuang/article/details/130484383?spm=1001.2014.3001.5501 ）

ArrayList的构造 

方法	解释
ArrayList()	无参构造
ArrayList(Collection<? extends E> c)	利用其他 Collection 构建 ArrayList
ArrayList(int initialCapacity)	指定顺序表初始容量

当我们调用不带参数的构造方法时，默认在第一次 add 时才会分配大小为10的内存

扩容按1.5倍进行扩容 

  

ArrayList常见操作
 

方法	解释
boolean add(E e)	尾插 e
void add(int index, E element)	将 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c)	尾插 c 中的元素
E remove(int index)	删除 index 位置元素
boolean remove(Object o)	删除遇到的第一个 o
E get(int index)	获取下标 index 位置元素
E set(int index, E element)	将下标 index 位置元素设置为 element
void clear()	清空
boolean contains(Object o)	判断 o 是否在线性表中
int indexOf(Object o)	返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf(Object o)	返回最后一个 o 的下标
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)	截取部分 list

注意：这个remove怎么用？ 

 

要这么写才能删掉 等于2 的元素 

演示一下 subList

截取到2，3    （Java里一般都是左闭右开的 [ , , )   ) 

如果我们把 list3 的 0 下标该成 188 会方生什么？

我们发现，list2 的 1 下标的位置（list3 的 0下标）也变成了188  . 为什么？ 

这是因为list3, 截取的时候并没有真正的把这个数据拿出来，只是指向了1 下标那儿的地址 ，所有更新值肯定会影响 list2.

ArrayList的遍历
 

ArrayList 可以使用三方方式遍历：使用迭代器 ，for循环+下标、foreach 

 上面是直接 用sout 遍历 的，是因为重写了 toString 方法。 

---- 迭代器 

一般情况下，能够直接通过 sout 输出 引用指向对象当中的内容的时候，此时一定重写了 toString 方法。 

那我们看看ArrayList 里有没有 toString (ctrl + F) 搜索一下。发现没有。

 

但是 ArrayList  还继承了 AbstractList，我们去 AbstractList 里找找。发现还没有。

但是 AbstractList 还继承了 AbstractCollection ，

我们在 AbstractCollection 这里找到了 toString。

下面画线那个部分就是 迭代器 （遍历当前集合）

--- 用法一 

--- 用法二 

上面两个用那个都行 

--- 从后往前打印 

ps : 这个方法不行，因为这个不能传参 

----  for循环+下标

---- foreach 

 

 

ArrayList 的优缺点 

优点 

 1.可以通过下标 进行随机访问，顺序表适合对静态的数据进行 查找 和 更新

缺点 

1.添加元素的效率比较低 （假如在 0 位置添加元素，就需要把后面所有的元素都往后移）

2.删除的效率也低（假如删除 0 位置元素，也需要移动后面所有的元素）

3.扩容 按1.5 倍扩容，有浪费 空间的情况。

（顺序表不适合用来 插入和删除 数据）

顺序表适合对静态的数据进行 查找 和 更新，不适合用来 插入和删除 数据，这时候就需要用 链表来做。接下来我们来介绍链表。

链表 （LinkedList）

什么是链表？
 

链表 是一种 物理存储结构上非连续 的存储结构，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 。

链表是由一个一个 节点 连成的 ：（这个是单向 不带头 非循环 链表的节点）

 

单向 不带头 非循环 链表 

除此之外还有很多 类型的 链表，一般从三个方向去分 

• 单向    双向
• 不带头   带头
• 非循环   循环  

 经过排列组合就会有下面这几种类型的链表：

• 单向 不带头 非循环 链表
• 单向 不带头 循环 链表
• 单向 带头 非循环 链表
• 单向 带头 循环 链表
• 双向 不带头 非循环 链表
• 双向 不带头 循环 链表
• 双向 带头 非循环 链表
• 双向 带头 循环 链表

上面我们画了不带头的 链表，接下来我们了解一下 带头的是啥样的？

再来看看 循环的 ：

等我们把单向的介绍完，在介绍双向的 。

我们重点讲 单向 不带头 非循环 链表 和 双向 不带头 非循环 链表 （这两种是工作，笔试面试考试重点）

单向 不带头 非循环 链表 

代码实现 

节点

上述可知 链表是由一个一个 节点 组成的，所以我们可以把这个节点定义成个内部类 。

还得有一个 指向 第一个节点 的属性：

插入数据 

--- 头插法 

  

注意：如果我们把下面的语句反过来写可以吗？ 变成 head = node;  node.next = head;

 

 不可以，先把node 置为 head, node 的下一个指向 head, 那不就是 自己指向自己了吗，后面的节点就都丢失了。

我们插入看看效果 

 --- 尾插法

先找到最后一个节点，

所以循环里要写成 cur.next != null, 在到最后一个节点这就不进入循环了，那此时cur 就是最后一个节点，而不能写成cur != null, 这样会遍历完整个链表，停不住。 

 

运行看看效果： 

似乎是可以的，但是如果现在链表了一个节点也没有，再插入呢？

报错了！！—— 空指针异常 ，为啥呀？ 我们返回代码哪里看一看，调试一下：

我们发现当 链表里一个节点都没有的时候，head  = null，那cur = head, cur 也是 null，

那cur都为空了，哪来的 next ，那当然就报出来空指针异常了。

所以接下来我们改进一下代码： 

那我们再运行一下代码，就没有任何问题了

--- 任意位置插入（第一个数据节点为0号下标）
 

很明显，我们要确定 插入位置的前一个节点， 那如果你要插入 2 位置，那你就要找到 1 位置节点，那从 0 位置到 1 位置要走一步，也就是 index - 1 步。

找到要插入位置的前一个节点。这个是写方法 里面，还是单独封装看你喜好。

（我用的 while 循环，如果用for 循环的话，i < index - 1,  我觉得while 循环好理解点。）

 

 找到位置了，我们就可以插入了。 

先判断插入位置合不合法（类比上面的顺序表的部分）

都要先和后边的节点建立联系哦  

看看效果

打印链表 

 

但是用上面的方式走完之后，我自己都不知道头节点在哪里了 ，很可怕耶，

所以我们定义一个 cur节点 来代替 头节点 往下走。

 

 单链表的长度

 

查找单链表中是否包含关键字key

删除第一次出现关键字为key的节点
 

还是要找到删除节点的前一个，

为什么，循环那里要 cur.next != null, 因为，cur.next 不能是null，因为如果它是 null 的话，

那cur.next.val 就找不到值，那就会引起空指针异常，所以只要走到倒数第一个停住就好了（cur走到最后一个节点时不进入循环） 

看看效果：

删除所有值为key的节点
 

注意 ：我们删除的是 cur 对应的值，cur 从第二个节点开始走，那如果第一个也是23（要删除的值）呢 ，所以我们要单独删除头节点，且在最后，不能放在前面。

运行结果 

清除链表 

完整代码 

/*** @Author: iiiiiihuang*/
public class MySingleLinkedList {//把节点定义成个内部类static class ListNode {public int val;//节点的值域public ListNode next;//下一个节点的地址public ListNode(int val) {this.val = val;}}public ListNode head;//头节点/*** 头插法* @param data*/public void addFirst(int data) {//给插入的数据创个节点ListNode node = new ListNode(data);node.next = head;head = node;}/*** 尾插法* @param data*/public void addLast(int data) {ListNode node = new ListNode(data);ListNode cur = head;if(cur == null) {head = node;return;}//先找到最后一个节点while (cur.next != null) {cur = cur.next;}cur.next = node;}/*** 打印链表*/public void display() {ListNode cur = head;while(cur != null) {System.out.print(cur.val + " ");cur = cur.next;}System.out.println();}/*** 任意位置插入* @param index* @param data*/public void addIndex(int index,int data) {ListNode node = new ListNode(data);//先判断插入位置合不合法if(index < 0 || index > size()){throw new IndexOutOfBoundsException();}if(index == 0) {addFirst(data);return;}if(index == size()) {addLast(data);return;}ListNode cur = findIndexSubOne(index);node.next = cur.next;cur.next = node;}//找到要插入位置的前一个节点private ListNode findIndexSubOne(int index) {ListNode cur = head;while (index - 1 != 0) {cur = cur.next;index--;}return cur;}/*** 单链表的长度* @return*/public int size() {ListNode cur = head;int count = 0;while (cur != null) {count++;cur = cur.next;}return count;}/*** 查找单链表中是否包含关键字key* @param key* @return*/public boolean contains(int key) {ListNode cur = head;while (cur != null) {if(cur.val == key) {return true;}cur = cur.next;}return false;}/*** 删除第一次出现关键字为key的节点* @param key*/public void remove(int key) {if(head == null) {return;}//单独删除头节点if(head.val == key) {head = head.next;return;}//找到删除节点的前一个ListNode cur = findRemSubOne(key);if(cur == null) {System.out.println("没有你要删除的数字");return;}ListNode rem = cur.next;cur.next = rem.next;}//找到删除节点的前一个节点private ListNode findRemSubOne(int key) {ListNode cur = head;//这里跳过了头节点while (cur.next != null) {if (cur.next.val == key) {return cur;}cur = cur.next;}return null;}/*** 删除所有值为key的节点* @param key*/public void removeAllKey(int key) {ListNode cur = head.next;ListNode prev = head;while (cur != null) {if(cur.val == key) {prev.next = cur.next;} else {prev = cur;}cur = cur.next;}//删除头节点if(head.val == key) {head = head.next;}}/*** 清除链表*/public void clear() {this.head = null;}
}

 双向 不带头 非循环 链表

画图看看结构

代码实现 

创建节点内部类 

上面有的方法这也有 😀😀

插入数据

--- 头插法 

链表为空时，必须单独分情况，因为如果不分会：

运行结果 

--- 尾插法 

 

打印链表

和上面一样 

查找链表中是否包含关键字key 

和上面一样 

 链表的长度

和上面一样

运行结果 

任意位置插入,第一个数据节点为0号下标

运行结果

删除第一次出现关键字为key的节点

代码 

头尾分开来，不然会空指针异常 。

运行结果 

但是上面的代码还有问题

如果只有一个节点时，head = head.next; 那此时head 就是 null，那此时再head.prev 就会引起空指针异常 

所以要改成这样：

删除所有值为key的节点

和上面几乎一致，只有一点不一样。 

运行结果 

清除链表 

最简单粗暴的 

或者把每一个都置为空 

 

完整代码

import java.util.List;/*** @Author: iiiiiihuang*/
public class MyLinkedList {static class ListNode {private int val;private ListNode prev;private ListNode next;public ListNode(int val) {this.val = val;}}public ListNode head;public ListNode last;/*** 头插法* @param data*/public void addFirst(int data){ListNode node = new ListNode(data);if(head == null) {head = node;last = node;}else {node.next = head;head.prev = node;head = node;}}/*** 尾插法* @param data*/public void addLast(int data){ListNode node = new ListNode(data);if(head == null) {head = node;last = node;} else {last.next = node;node.prev = last;node = last;}}/*** 任意位置插入,第一个数据节点为0号下标* @param index* @param data*/public void addIndex(int index,int data){ListNode node = new ListNode(data);checkIndex(index);if(index == 0) {addFirst(data);return;}if(index == size()) {addLast(data);return;}ListNode cur = searchIndex(index);node.prev = cur.prev;node.next = cur;cur.prev.next = node;cur.prev = node;}//找到插入位置private ListNode searchIndex(int index) {ListNode cur = head;while (index != 0) {cur = cur.next;index--;}return cur;}//检查index的位置是否合法private void checkIndex(int index) {if(index < 0 || index > size()) {throw new IndexOutOfBoundsException("位置不合法");}}/*** 查找关键字key是否在链表当中* @param key* @return*/public boolean contains(int key){ListNode cur = head;while (cur != null) {if(cur.val == key) {return true;}cur = cur.next;}return false;}/*** 删除第一次出现关键字为key的节点* @param key*/public void remove(int key){ListNode cur = head;while (cur != null) {if(cur.val == key) {//删除头节点if(cur == head) {head = head.next;if(head != null) {//只有一个节点时head.prev = null;} else {last = null;}} else {//删除中间节点 和 尾巴节点if(cur.next != null) {//删除中间节点cur.prev.next = cur.next;cur.next.prev = cur.prev;} else {cur.prev.next = cur.next;last = last.prev;}}return;} else {cur = cur.next;}}}/*** 删除所有值为key的节点* @param key*/public void removeAllKey(int key){ListNode cur = head;while (cur != null) {if(cur.val == key) {//删除头节点if(cur == head) {head = head.next;if(head != null) {//只有一个节点时head.prev = null;} else {last = null;}} else {//删除中间节点 和 尾巴节点if(cur.next != null) {//删除中间节点cur.prev.next = cur.next;cur.next.prev = cur.prev;} else {cur.prev.next = cur.next;last = last.prev;}}}cur = cur.next;}}/*** 得到链表的长度* @return*/public int size(){ListNode cur = head;int count = 0;while (cur != null) {count++;cur = cur.next;}return count;}/*** 打印链表*/public void display(){ListNode cur = head;while (cur != null) {System.out.print(cur.val + " ");cur = cur.next;}System.out.println();}/*** 清除链表*/public void clear(){ListNode cur = head;while (cur != null) {//先记录下数据ListNode curNext = cur.next;cur.prev = null;cur.next = null;cur = curNext;}head = null;last = null;}
}

 

 LinkedList的使用

先实例化一下 

 

我们之前写的方法他都有，你只要调用就好了。😁😁😁 

 

 

LinkedList 的 常见方法 

方法	解释
boolean add(E e)	尾插 e
void add(int index, E element)	将 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c)	尾插 c 中的元素
E remove(int index)	删除 index 位置元素
boolean remove(Object o)	删除遇到的第一个 o
E get(int index)	获取下标 index 位置元素
E set(int index, E element)	将下标 index 位置元素设置为 element
void clear()	清空
boolean contains(Object o)	判断 o 是否在线性表中
int indexOf(Object o)	返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf(Object o)	返回最后一个 o 的下标
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)	截取部分 list

 

LinkedList 的总结 

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元素时效率比较高，时间复杂度为O(1)
5. LinkedList比较适合任意位置插入或删除的场景  

ArrayList和LinkedList的区别（顺序表和链表的区别）（面试题）
 

不同点	ArrayList	LinkedList
存储空间上	物理上一定连续	逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问	支持O(1) （有下标）	不支持：O(N)
头插	需要搬移元素，效率低O(N)	只需修改引用的指向，时间复杂度为O(1)
插入	空间不够时需要扩容	没有容量的概念
应用场景	元素高效存储+频繁访问时	任意位置插入和删除频繁时

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