对LinkedList ，单链表和双链表的理解

一.ArrayList的缺陷

二.链表

三.链表部分相关oj面试题

四.LinkedList的模拟实现

五.LinkedList的使用

六.ArrayList和LinkedList的区别

一.ArrayList的缺陷:

1. ArrayList底层使用数组来存储元素，如果不熟悉可以来再看看： ArrayList与顺序表-CSDN博客

由于其底层是一段连续空间，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集合中又引入了 LinkedList，即链表结构 。

二.链表

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 是通过链表中的引用链接次序实现的就像一个火车。

注意：1链表在逻辑上是连续的，在物理结构上不一定连续。

2.节点一般都是从堆上申请出来的

3.从堆上申请出来空间，是有它的分配规律和策略的，两次申请出来的可能连续也可能不续

2.链表的分类：

单向或者双向， 循环和非循环， 带头和不带头就可以组合出8种类型的链表。

虽然有这么多的链表的结构，但是我们重点掌握两种:

（1） 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，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。

（2）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.无头单向非循环链表实现：

自己定义的类和包：

这里可以把方法先写在一个接口中，再通过MyLinkList实现接口，这样写可能更好，代码好复用。

我们

MyLinkList类中：我们要先抽象出每一个节点，每一个节点就是一个对象，我们可以写一个产生节点对象的模板：（这里可以定义一个静态 内部类，来抽象出节点模板）：

public class MyLinkList {


    public int data;
    public MyLinkList.Node next;

    //静态内部类
     public static class Node {
        public int data;//0
        public Node next;//引用类型默认值为NULL

        public Node(int data) {
            this.data = data;

        }
    }
}

（1）头插方法：

public void addFirst(int data) {

        //第一次插入节点(链表为空)
        if (this.head == null) {
            Node node = new Node(data);//链表头为空时（head == null），整了链表的头引用为 node
           this.head = node;
           return;
        }


        //链表不为空，单链表插入要先绑后面
        Node node = new Node(data);
        node.next = this.head;
        head = node;//把node的引用给head，然head变成新的头
    }

（2）尾插法：

public void addList(int data) {

        //第一次插入时
        if (this.head == null) {
            Node node = new Node(data);
            head = node;
            return;
        }


        Node node = new Node(data);
        Node cur = this.head;//cur从头开始

        /*这里注意cur不可以先走到空，如果cur走到null，那么cur的next就是cull*/
        while (cur.next != null) {
            cur = cur.next;
        }

        //出来时cur==null,就尾插
        cur.next = node;
    }

（3）打印单链表：这里我们可以写一个，重载方法display2，可以让链表从返回的某个节点开始打印；

    //打印单链表
    public void display2(Node nodeH) {
        Node cur = this.head;//cur从头开始
        cur = nodeH;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.data + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

    public void display() {
        Node cur = this.head;//cur从头开始
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.data + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

（4）查找链表中是否包含某一数据节点：

 //查找是否包含关键字Key,是否在链表中
    public boolean contains(int key) {
        Node cur = this.head;
        while (cur != null) {
            if (cur.data == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

（5）清空链表：

public void clear() {
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            //注意定义一个，变量记住置为空的，后驱节点
           Node curN = cur.next;
           cur.next =null;//引用类型必须制空
           cur = curN;
        }

        //最后把头节点手动置为null
        head = null;
    }

（6）.返回链表的长度：

public int size() {
        Node cur = this.head;
        int count = 0;//count不能为1，如果是空链表，count=1返回就，寄了
        while (cur != null) {
            cur = cur.next;
            count++;
        }
        return count;
    }

（7）任意位置插入：这里我画了个图来理解：

//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) {


        //相当于头插
        if (index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }

        //相当于尾插
        if (index == this.size()) {
            addList(data);
            return;
        }

        //正常插入方法：

        /**
         *    1. 先找到index前一个节点的地址->定义一个cur走index-1步
         *    2.画图插入
         */

        //先找到index前一个节点的地址
        Node cur = searchIndex(index);

        //插入
        Node node = new Node(data);

        /**
         * 这里注意，先绑后面（node = cur.next;），因为单链表前一个节点负责，单独的维护后一个节点，前一个节点的引用被覆盖（cur节点）
         * 那么原本和cur节点连接的节点就找不到了
         */

        node.next = cur.next;
        cur.next = node;

    }


    //找到index前一个节点的地址的方法
    private Node searchIndex(int index) {
        //index下标位置检验
        if (index < 0 || index > this.size()) {
            throw new RuntimeException("下标位置不合法");
        }

        Node cur = this.head;
        while (index-1 != 0/*走index-1步*/) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur;//返回走index-1步后的，cur类型地址
    }

(8）删除指定位置节点：

 //找key节点的前驱
    private Node searchPrev(int key) {
        Node prev = this.head;
        while(prev.next != null) {
            if (prev.next.data == key) {
                return prev;
            }else {
                prev = prev.next;//继续往后走
            }
        }
        return null;
    }


    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key) {
        /** 1. 找到，要删除节点del的前驱
         *  2. 找到要删除的节点del
         *  3. 删除节点
         */

        //空节点直接返回
        if (this.head == null) {
            return;
        }

        //头节点直接删除
        if (this.head.data == key) {
            head = head.next;
            return;//这里注意别忘记了
        }

        //1. 找到，要删除节点del的前驱
        Node prev = searchPrev(key);
        if (prev == null) {
            throw new RuntimeException("没有你要删除的节点，请考量要删除的节点");
        }

        //2. 找到要删除的节点del
        Node del = prev.next;
        //3. 删除节点
        prev.next = del.next;
    }

（9）只遍历一遍链表，删除所有指定的节点：这里我画了一个图可以帮助理解：定义一个一直往后走的快指针，和一个，不需要时往后走，判断是否要删除的慢指针

 //遍历单链表一遍，删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key) {
        /** 1.定义一个快指针 cur : cur指针一直往后走；
         *  2.定义一个慢指针 prev: prev指针，只有cur遇到要删除的数据时，prev指针才往后走，不然保持不动
         *  3.注意最后不要漏了，head头节点
         */

       // 1.定义一个 cur指针 : cur指针一直往后走
       //  2.定义一个 prev指针: prev指针，只有cur遇到要删除的数据时，prev指针才往后走，不然保持不动
        Node cur = this.head.next;//
        Node prev = this.head;

        while (cur != null) {
            if (cur.data == key) {
                //cur.data == key，时只有cur指针都在走，因为要遍历删除数据
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            }else {
                //cur.data ！= key，两个指针都在动，prev指针，指向cur指针
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }

       // 3.注意最后不要漏了，head头节点
        if (this.head.data == key) {
            this.head = this.head.next;
        }
    }

三.链表部分相关oj面试题：（分享一些我认为比较重要的）

1. 反转一个单链表：我录了视频方便理解： 反转一个链表-CSDN直播

反转一个链表

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {

        ListNode cur = head;
        
        if(head == null) {
            return null;
        }

        head = null;
        while(cur != null) {
         ListNode curN = cur.next;
         cur.next = head;
         head = cur;
         cur = curN;
        }

        return head;
    }
}

2.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：

理解视频：找到链表中间节点-CSDN直播

找到链表中间节点

class Solution {
    public ListNode middleNode(ListNode head) {
        if(head == null) {
            return null;
        }

        ListNode fast = head;//快指针一次走2步
        ListNode slow = head;//慢指针一次走一步
//条件不可以交换：(fast != null && slow.next != null)，fast可能开始就为null
        while (fast != null && fast.next != null) {
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
        }

        return slow;
    }
}

3.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：

理解视频：合并两个有序链表-CSDN直播

合并两个有序链表

class Solution {
    public ListNode mergeTwoLists(ListNode list1, ListNode list2) {
        ListNode headH = new ListNode(-1);
        ListNode tmp = headH;//tmp用来遍历两个链表
        while(list1 != null && list2 != null) {
            //哪个节点数据小，就接在tmp后面
            if(list1.val < list2.val) {
                tmp.next = list1;
                list1 = list1.next;
                tmp = tmp.next;
            }else {
                tmp.next = list2;
                list2 = list2.next;
                tmp = tmp.next;
            }
        }

        //当其中一个链表遍历完，就直接接上另一个链表的后半部分
        if(list1 != null) {
            tmp.next = list1;
        }

        if(list2 != null) {
            tmp.next = list2;
        }

        return headH.next;
    }
}

4.链表的回文结构:

这里有两个点要注意：1.从后往前用slow走，因为偶数节点，fast指针会走到null，无法往前走。

2.回文时偶数情况下，A的下一个节点是slow节点，并且两个节点的val相等。这个时候就要直接返回ture

理解视频：链表的回文结构-CSDN直播

链表的回文结构

public class PalindromeList {
    public boolean chkPalindrome(ListNode A) {
        // write code here
        if (A == null) {
            return true;
        }

        // write code here
        ListNode fast = A;
        ListNode slow = A;

        //1.找到中间节点
        while (fast != null && fast.next != null) {
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
        }


        //2.翻转链表
        ListNode cur = slow.next;
        while (cur != null) {
            ListNode curN = cur.next;
            cur.next = slow;
            slow = cur;
            cur = curN;
        }


        //3.判断回文
        //让A往后走，slow往前走直到；A.val==slow.val
        //注意：回文时会有偶数情况下，A的下一个节点是slow节点，并且两个节点的val相等。这个时候就要直接返回ture
        while (A != slow) {
            if (A.val != slow.val) {
                return false;
            }
            //到这里A.val == slow.val

            //A.val == slow.val前提下，偶数情况下，A的下一个节点是slow节点，并且两个节点的val相等。这个时候就要直接返回ture
            if (A.next == slow) {
                return true;
            }

            A = A.next;
            slow = slow.next;
        }
        return true;
    }
}

5.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:

注意：这里我的方法是，改完后，链表数据从小到大的，而做题在牛客网是，要求反过来（但是方法都一样）

理解视频：链表分割-CSDN直播

链表分割

//链表的分割
    public Node partition(Node pHead, int x) {
        Node as = null;
        Node ae = null;
        Node bs = null;
        Node be = null;
        Node cur = pHead;

        while (cur != null) {
            if (cur.data > x) {
                //第一次插入
                if (as == null) {
                    as = ae = cur;
                }else {//第N次插入

                    ae.next = cur;
                    ae = ae.next;
                }
            } else {
                //第一次插入
                if (bs == null) {
                    bs = be = cur;
                }else{//第N次插入
                    be.next = cur;
                    be = be.next;
                }
            }

            cur = cur.next;
        }

        //当一个链表为空时，返回
        if(as == null) {
            return bs;
        }

        //如果到这里as!= null
        //连接两部分
        ae.next = bs;

        //注意，第二部分结尾不为空时，要手动把第二部分最后一个节点，手动制空
        if(bs != null) {
            be.next = null;
        }

        //最后返回as
        return bs;
    }

6.给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。如果链表无环返回空：

方法是：第一次相遇点，到入口点的距离，等于起始点到入口点的距离

这里我画了这个图的推到：

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode fast = head;
        ListNode slow = head;

//  方法：第一次相遇点，到入口点的距离，等于起始点到入口点的距离
        while(fast != null && fast.next != null) {
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
             if(fast == slow) {
                break;
            }
        }
      
     
      /**

      1.走到这里，要么不满足{(fast != null && fast.next != null)}
       就是没有环；
      2. 要么就是有环
       */
       
       //没有环
       if(fast == null || fast.next == null) {
        return null;
       }

       /**
        有环：让slow以和fast以相同的速度，从起始点到入口点,
       fast从第一次相遇的成环点走到入口点
        */
    
        slow = head;//把slow返回起始点
        while(slow != fast) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }

        return slow;
    }
}

7.输入两个链表，找出它们的第一个公共结点：

方法：先找到哪个链表长，再让长的链表先走，他们的差值步，最后两个链表一起走，直到他们第一次相遇。

public class Solution {
    public ListNode FindFirstCommonNode(ListNode pHead1, ListNode pHead2) {
       //1.先分别求出两个链表的长度
        ListNode pl = pHead1;
        ListNode ps = pHead2;
        int lenA = 0;
        int lenB = 0;

        while (pl != null) {
            lenA++;
            pl = pl.next;
        }
        while (ps != null) {
            lenB++;
            ps = ps.next;
        }
        //注意pl和ps，指向了null，要赋值回来
        pl = pHead1;
        ps = pHead2;

        //2.求差值
        int len = lenA - lenB;
        
        if (len < 0) {
            pl = pHead2;
            ps = pHead1;
            len = lenB - lenA;//len变为为正数
        }

        //现在知道pl指向长的链表，ps指向短的链表

        //3.操作两个链表pl和ps，长的链表（pl）先走链表的差值，然后再一起走直到相交
        while (len != 0) {
            pl = pl.next;
            len--;
        }

        //两个链表分别都走，直到他们相遇
        while (pl != ps) {
            pl = pl.next;
            ps = ps.next;
        }

        if (pl == null) {
            //pl，ps为空,也不可能相交
            return null;
        }
        

        return pl;
    }
}

四.LinkedList的模拟实现：无头双向链表实现

1.写的类和包：

其实 无头双向链表，就比单链表多了一个，可以指向前一个节点的引用域，并且尾节点也被一个引用记录着。这样任意位置插入就不用记录节点了。

2.实现：

这里注意一下删除双链表指定位置Remove的节点：可以优化一下代码，先删除头节点，之后尾节点和中间任意位置节点，有重复代码，（cur.prev.next = cur.next）可以共用；

public class MyLinkList implements  IList{


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

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

   public ListNode head;//头节点
   public ListNode last;//尾节点

    @Override
    public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);

        if (head == null) {
            head = last = node;
        }else {
            //所有的插入优先绑定后面
            node.next = head;
            head.prev = node;
            head = node;
        }
    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);

        if (head == null) {
            head = last = node;
        }else {
            last.next = node;
            node.prev = last;
            last = last.next;
        }
    }

    @Override
    public void addIndex(int index, int data) {
        int len = size();
        if (index > len || index < 0) {
            return;
        }

        if (index == len) {
            addLast(data);
        }

        if (index == 0) {
            addFirst(data);
        }

        ListNode cur = findIndex(index);
        ListNode node = new ListNode(data);
        node.next = cur;
        cur.prev.next = node;
        node.prev = cur.prev;
        cur.prev = node;
    }


    private ListNode findIndex(int index) {
        ListNode cur = head;
        while (index != 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur;
    }

    @Override
    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }



    @Override
    public void remove(int key) {
        ListNode cur = head;

        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
            if (cur == head) {

                //当只有一个节点要删除时
                if (head == null) {
                    cur.next.prev = null;
                }
                head = head.next;
                //删除就走人
                return;
            }else {
                cur.prev.next = cur.next;//优化后，删除中间和尾巴的代码
                if (cur == last) {
                    last = cur.prev;
                }else {
                    cur.next.prev = cur.prev;
                }
                //删除就走人
                return;
            }
            }
            cur = cur.next;

        }
    }

    @Override
    public void removeAllKey(int key) {
        ListNode cur = head;

        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                if (cur == head) {

                    //当只有一个节点要删除时，cur.next.prev = null会为空，所以加上if判断
                    if (head == null) {
                        cur.next.prev = null;
                    }
                    head = head.next;
                    //删除不能走人，接着删除后面。

                }else {
                    cur.prev.next = cur.next;//优化后，删除中间和尾巴的代码
                    if (cur == last) {
                        last = cur.prev;
                    }else {
                        cur.next.prev = cur.prev;
                    }
                    //删除不能走人，接着删除后面。
                }
            }
            cur = cur.next;
        }
    }

    @Override
    public int size() {
        ListNode cur = head;
        int len = 0;
        while (cur != null) {
            len++;
            cur = cur.next;
        }
        return len;
    }

    @Override
    public void display() {
       ListNode cur = head;
       while (cur != null) {
           System.out.print(cur.val + " ");
           cur = cur.next;
       }
        System.out.println();
    }

    @Override
    public void clear() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            ListNode curN = cur.next;
            cur.next = null;
            cur.prev = null;
            cur = curN;
        }
        //注意head和last节点在链表中还被引用着
        head = last = null;
    }
}

五.LinkedList的使用：

1.什么是LinkedList：

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。

2. 在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：

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的场景

3. LinkedList也有有参数和二无参数的构造方法：

4.方法的使用表参考：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        List<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);

        System.out.println(list);

        ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();
        list1.add(11);
        list1.add(12);
        list1.add(13);

        System.out.println("==============");
        list.addAll(list1);
        System.out.println(list);

    }
}

输出：

5.LinkedList的遍历：ListIterator是Iterator的一个子类，可以专门用来打印链表

代码如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        List<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);

        System.out.println(list);

        ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();
        list1.add(11);
        list1.add(12);
        list1.add(13);



        System.out.println("foreach遍历");
        for (Integer x:list) {
            System.out.print(x + " ");
        }
        System.out.println();

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

        /**
         * ListIterator是Iterator的一个子类，可以专门用来打印链表
         */

        System.out.println();
        System.out.println("使用迭代器遍历---正向遍历");
        ListIterator<Integer> it1 = list.listIterator();
        while (it1.hasNext()) {
            System.out.print(it1.next() + " ");
        }



        System.out.println();
        System.out.println("使用反向迭代器---反向遍历");

        ListIterator<Integer> it2 = list.listIterator(/*这里要传链表的长度*/ list.size());
        while (it2.hasPrevious()) {
            System.out.print(it2.previous() + " ");
        }
    }
}

六.ArrayList和LinkedList的区别：