Java顺序表和链表万字详解

标签：head Java cur int list next 链表 详解 public

1.线性表的概念

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。

2.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。

2.1 顺序表实现

interface SeqListInterface<T> {
    void add(T data);
    void add(int pos, T data);
    boolean contains(T toFind);
    int indexOf(T toFind);
    T get(int pos);
    void set(int pos, T value);
    void remove(T toRemove);
    int size();
    void clear();
    void display();
}
class GenericSeqList<T> implements SeqListInterface<T> {
    private T[] array;
    private int size;

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public GenericSeqList() {
        array = (T[]) new Object[10];
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public GenericSeqList(int initcapacity) {
        array = (T[]) new Object[initcapacity];
    }

    public void add(T data) {
        add(size, data);
    }

    public void add(int pos, T data) {
        if (pos < 0 || pos > size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid position for insertion.");
        }
        if (size == array.length) {
            T[] newArray = (T[]) new Object[array.length * 2];
            System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, size);
            array = newArray;
        }
        for (int i = size; i > pos; i--) {
            array[i] = array[i - 1];
        }
        array[pos] = data;
        size++;
    }

    public boolean contains(T toFind) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (array[i].equals(toFind)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public int indexOf(T toFind) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (array[i].equals(toFind)) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    public T get(int pos) {
        if (pos < 0 || pos >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid position for retrieval.");
        }
        return array[pos];
    }

    public void set(int pos, T value) {
        if (pos < 0 || pos >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid position for setting.");
        }
        array[pos] = value;
    }

    public void remove(T toRemove) {
        int index = indexOf(toRemove);
        if (index!= -1) {
            for (int i = index; i < size - 1; i++) {
                array[i] = array[i + 1];
            }
            size--;
        }
    }

    public int size() {
        return size;
    }

    public void clear() {
        size = 0;
    }

    public void display() {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            System.out.print(array[i] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        GenericSeqList<Integer> seqList = new GenericSeqList<>();
        seqList.add(5);
        seqList.add(10);
        seqList.add(15);
        seqList.display();
        seqList.add(1, 20);
        seqList.display();
        System.out.println(+ seqList.contains(10));
        System.out.println("Index of 15: " + seqList.indexOf(15));
        seqList.set(2, 25);
        seqList.display();
        seqList.remove(20);
        seqList.display();
        System.out.println("Size: " + seqList.size());
        seqList.clear();
        System.out.println("Size after clear: " + seqList.size());
    }
}

2.2. ArrayList使用与构造

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

方法:

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

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Test_Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("java");
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("测试33");
        System.out.println(list);//打印列表元素
        System.out.println(list.size());// 获取list中有效元素个数
// 获取和设置index位置上的元素
        System.out.println(list.get(1));
        list.set(1, "JAVA");
        System.out.println(list.get(1));
// 在list的index位置插入指定元素，index及后续的元素统一往后搬移一个位置
        System.out.println(list);
        list.add(1, "Java数据结构");
        System.out.println(list);
// 删除指定元素，找到了就删除，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置
        list.remove("Java数据结构");
        System.out.println(list);
// 删除list中index位置上的元素，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常
        list.remove(list.size() - 1);
        System.out.println(list);
        // 检测list中是否包含指定元素，包含返回true，否则返回false
        if(list.contains("测试33")){
            list.add("TRUE");
        }
// 查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找，lastIndexOf从后往前找
        list.add("JavaSE");
        System.out.println(list);
        System.out.println(list.indexOf("JavaSE"));
        System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE"));
// 使用list中[0, 4)之间的元素构成一个新的SubList返回,但是和ArrayList共用一个elementData数组
        List<String> ret = list.subList(0, 4);// 0 1 2 3 
        System.out.println(ret);
        list.clear();
        System.out.println(list.size());

    }

}

//       运行结果

//    [Hello, java, hello, world, 测试33]
//    5
//    java
//    JAVA
//    [Hello, JAVA, hello, world, 测试33]
//    [Hello, Java数据结构, JAVA, hello, world, 测试33]
//    [Hello, JAVA, hello, world, 测试33]
//    [Hello, JAVA, hello, world]
//    [Hello, JAVA, hello, world, JavaSE]
//    4
//    4
//    [Hello, JAVA, hello, world]
//    0

2.3 ArrayList的遍历

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

public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
// 使用下标+for遍历
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.print(list.get(i) + " ");
}
System.out.println();

// 借助foreach遍历
for (Integer integer : list) {
System.out.print(integer + " ");
}

System.out.println();
//迭代器
Iterator<Integer> it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next() + " ");
}
System.out.println();
}

2.4 ArrayList的扩容机制

ArrayList 是一个动态类型的顺序表，即：在插入元素的过程中会自动扩容。以下是 ArrayList 源码中扩容方式 源码：

Object[] elementData; // 存放元素的空间
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 默认容量
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
private void grow(int minCapacity) {
// 获取旧空间大小
int oldCapacity = elementData.length;
// 预计按照1.5倍方式扩容
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果用户需要扩容大小 超过 原空间1.5倍，按照用户所需大小扩容
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果需要扩容大小超过MAX_ARRAY_SIZE，重新计算容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 调用Arrays.copyOf扩容
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 如果minCapacity小于0，抛出OutOfMemoryError异常
if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}

1.检测是否真正需要扩容，如果是调用 grow 准备扩容 2. 预估需要库容的大小       2.1初步预估按照 1.5 倍大小扩容       2.2如果用户所需大小超过预估1.5倍大小，则按照用户所需大小扩容       真正扩容之前检测是否能扩容成功，防止太大导致扩容失败 3. 使用 copyOf 进行扩容

洗扑克算法

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
class Card {
    public int rank; // 牌面值
    public String suit; // 花色

    @Override
    public String toString() {
        return String.format("[%s%d]", suit, rank);
    }
}
public class Test_Demo {
    public static  String[] SUITS = {"♠", "♥", "♣", "♦"};
    private static List<Card> buyDeck() {
        List<Card> deck = new ArrayList<>(52);
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            for (int j = 1; j <= 13; j++) {
                String suit = SUITS[i];
                int rank = j;
                Card card = new Card();
                card.rank = rank;
                card.suit = suit;
                deck.add(card);
            }
        }
        return deck;
    }
    private static void swap(List<Card> deck, int i, int j) {
        Card t = deck.get(i);
        deck.set(i, deck.get(j));
        deck.set(j, t);
    }

    private static List<Card> shuffle(List<Card> deck){
        Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
        for (int i = deck.size() - 1; i >0 ; i--) {
           int e =rand.nextInt(i);
           swap(deck, i, e);
        }
        return deck;
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<Card> deck = buyDeck();
        System.out.println("刚买回来的牌:");
        System.out.println(deck);
        shuffle(deck);
        System.out.println("洗过的牌:");
        System.out.println(deck);
// 三个人，每个人轮流抓 5 张牌
        //列表的每个元素是列表
        List<List<Card>> hands = new ArrayList<>();
        hands.add(new ArrayList<>());
        hands.add(new ArrayList<>());
        hands.add(new ArrayList<>());
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            for (int j = 0; j < 3; j++) {
                hands.get(j).add(deck.remove(0));//deck.remove(0)返回0
            }
        }
        System.out.println("剩余的牌:");
        System.out.println(deck);
        System.out.println("A 手中的牌:");
        System.out.println(hands.get(0));
        System.out.println("B 手中的牌:");
        System.out.println(hands.get(1));
        System.out.println("C 手中的牌:");
        System.out.println(hands.get(2));
    }
}

当在ArrayList任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后搬移，时间复杂度为O(n)，效率比较低，因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java中又引入了LinkedList，即链表结构。

3. 链表：

3.1 链表的概念及结构

链表是一种 物理存储结构上非连续 存储结构，数据元素的 逻辑顺序 是通过元素之间的次序依次链接起来的线性表

我们重点掌握两种 : 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。这种结构在笔试面试 中也出现很多。 无头双向链表 ：在 Java 的集合框架库中 LinkedList底层实现就是无头双向循环链表。

3.2 链表的实现  

public class SingleLinkedList {
    static class ListNode {
        public int val;
        public ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    public ListNode head;

    public void createList() {
        ListNode node1 = new ListNode(1);
        ListNode node2 = new ListNode(2);
        ListNode node3 = new ListNode(3);
        node1.next = node2;
        node2.next = node3;
        this.head = node1;
    }

    //头插法
    public void addFirst(int data) {
        ListNode newNode = new ListNode(data);
        newNode.next = this.head;
        this.head = newNode;
    }

    //尾插法
    public void addLast(int data) {
        ListNode head1 = new ListNode(data); // 记录头节点
        head1 = this.head;
        ListNode newNode = new ListNode(data);
        if (this.head == null) {
            this.head = newNode;
            return;
        }
        ListNode current = this.head;
        while (current.next != null) {
            current = current.next;
        }
        current.next = newNode;
        this.head = head1;
    }

    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public void addIndex(int index, int data) {
        if (index < 0 || index > size()) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("数组越界访问");
        }
        ListNode newNode = new ListNode(data);
        if (index == 0) {
            newNode.next = this.head;
            this.head = newNode;
            return;
        }
        ListNode current = this.head;
        for (int i = 0; i < index - 1; i++) {
            current = current.next;
        }
        newNode.next = current.next;
        current.next = newNode;
    }

    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key) {
        ListNode current = this.head;
        while (current!= null) {
            if (current.val == key) {
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        return false;
    }

    public void remove(int key) {
        if (this.head == null) {
            return;
        }
        if (this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
            return;
        }
        ListNode current = this.head;
        while (current.next!= null) {
            if (current.next.val == key) {
                current.next = current.next.next;
                return;
            }
            current = current.next;
        }
    }

    // 删除所有值为 key 的节点
    public void removeAllKey(int key) {
        while (this.head!= null && this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
        }
        if (this.head == null) {
            return;
        }
        ListNode current = this.head;
        while (current.next!= null) {
            if (current.next.val == key) {
                current.next = current.next.next;
            } else {
                current = current.next;
            }
        }
    }

    //得到单链表的长度
    public int size() {
        int count = 0;
        ListNode current = this.head;
        while (current != null) {
            count++;
            current = current.next;
        }
        return count;
    }

    public void clear() {

    }
    public void display() {
        ListNode current = this.head;
        while (current!= null) {
            System.out.print(current.val);
            System.out.print("   ");
            current = current.next;
        }
        System.out.println();
    }
}
public class Test233 {
    public static void main(String[] args) {
        SingleLinkedList list = new SingleLinkedList();
        list.createList();
        list.addFirst(233);
        list.addLast(235);
        list.addFirst(233);
        list.addLast(235);
        list.addFirst(233);
        list.addLast(235);
        list.display();
        list.remove(233);
        list.display();
    }
}

3.3.LinkedList的模拟实现

// 2、无头双向链表实现
public class MyLinkedList {
    static class LinkNode {
        public LinkNode pre;
        public int val;
        public LinkNode next;
        public LinkNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
    public LinkNode head;
    public LinkNode last;
    public void create_LinkedList(){
        head = new LinkNode(0);
        last = head;


    }
    //头插法
    public void addFirst(int data){
        LinkNode newLink = new LinkNode(data);
        if(head == null){
        head = newLink;
        last = newLink;
        }
        else{
            newLink.next = head;
            head.pre=newLink;
            head=newLink;
        }
    }
    //尾插法
    public void addLast(int data){
        LinkNode newLink = new LinkNode(data);
        if(head == null){
            head = newLink;
            last = newLink;
        }else{
            last.next = newLink;
            newLink.pre=last;
            last=newLink;
        }
    }
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public void addIndex(int index, int data) {
      ;
        if (index < 0 || index > size()) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("数组索引超出范围");
        }
        if (index == 0) {
           addFirst(data);
           return;
        }
        if(index == size()) {
        addLast(data);
        return;
        }
        LinkNode newLink = new LinkNode(data);
        LinkNode cur2 = searchIndex(index);
        newLink.next = cur2;
        cur2.pre.next = newLink;
        newLink.pre = cur2.pre;
        cur2.pre = newLink;

    }
    private LinkNode searchIndex(int index){
        LinkNode cur = head;
        int count = 0;
        while(count != index){
            cur = cur.next;
            count++;
        }
        return cur;
    }
     //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key){
        LinkNode cur = head;
        while(cur!=null){
            cur=cur.next;
            if(cur.val==key)
                return true;
        }
        return false;
    }
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key) {
        LinkNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                if (cur.val == head.val) {
                    head = head.next;
                    head.pre = null;
                } else {
                    if (cur.val == last.val) {
                        last = last.pre;
                        last.next = null;
                    } else {

                        cur.pre.next = cur.next;
                        cur.next.pre = cur.pre;
                    }
                }
                return;
            } else {
                cur = cur.next;
            }
        }
    }
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key){
        LinkNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                if (cur.val == head.val) {
                    head = head.next;
                    if(head!=null){
                        head.pre = null;
                    }else{
                        head = null;
                    }

                } else {
                    if (cur.next == null) {
                       cur.pre.next = cur.next;
                        last = cur.pre;
                    } else {

                        cur.pre.next = cur.next;
                        cur.next.pre = cur.pre;
                    }
                }
            }
                cur = cur.next;
        }
    }
    //得到单链表的长度
    public int size(){
        int length=0;
        LinkNode cur = head;
        while(cur!=null){
            cur=cur.next;
            length++;
        }
        return length;
    }
    public void display(){
        LinkNode cur = head;
        while(cur!=null){
             System.out.print(cur.val+" ");
             cur=cur.next;
          }
        System.out.println();
    }
   public void clear(){
       LinkNode cur = head;
       while(cur!=null){
           LinkNode curN = head.next;
            cur.next=null;
            cur.pre=null;
            cur=curN;
       }
       head=null;
       last=null;
    }
}
public class Test233 {
    public static void main(String[] args) {
        MyLinkedList list = new MyLinkedList();

        list.addFirst(3);
        list.addFirst(2);
        list.addFirst(1);
        list.addLast(4);
        list.addLast(5);
        list.addLast(6);
        list.addLast(6);
        list.addLast(6);
        list.addIndex(2,4);
        list.display();
        list.removeAllKey(6);
        list.display();


    }
}

LinkedList 的底层使用了双向链表 LinkedList 没有实现 RandomAccess 接口，因此 LinkedList 不支持随机访问

LinkedList () 无参构造 public LinkedList(Collection<? extends E> c) 吧  使用其他集合容器中元素构造List

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class Test233 {
    public static void main(String[] args) {
// 构造一个空的LinkedList
            List<Integer> list1 = new LinkedList<>();
            List<String> list2 = new ArrayList<>();
            list2.add("JavaSE");
            list2.add("JavaWeb");
            list2.add("JavaEE");
// 使用ArrayList构造LinkedList
            List<String> list3 = new LinkedList<>(list2);
        }
    }

3.4 LinkedList方法与遍历

与ArrayListL类似，遍历不在赘述与演示

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

标签：head,Java,cur,int,list,next,链表,详解,public
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