【数据结构篇】线性表1 --- 顺序表、链表 （万字详解！！）

目录

 顺序表（ArrayList）

什么是顺序表？ 

代码实现 （MyArrayList）

--- 打印顺序表 

--- 新增元素 

1.新增元素，默认在数组最后新增

2.在指定位置新增元素 

--- 判断是否包含某个元素

--- 查找某个元素具体位置（下标）

--- 获取 pos 位置的元素

--- 给pos位置 的值设为 value 

--- 获取顺序表长度

--- 删除第一次出现的关键字 

--- 清除顺序表 

完整代码

ArrayList

ArrayList 的实例化

ArrayList的构造 

ArrayList常见操作

ArrayList的遍历

---- 迭代器 

--- 用法一 

--- 用法二 

--- 从后往前打印 

----  for循环+下标

---- foreach 

ArrayList 的优缺点 

优点 

缺点 

链表 （LinkedList）

什么是链表？

单向 不带头 非循环 链表 

代码实现 

节点

插入数据 

--- 头插法 

 --- 尾插法

--- 任意位置插入（第一个数据节点为0号下标）

打印链表 

 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

删除所有值为key的节点

清除链表 

完整代码 

 双向 不带头 非循环 链表

代码实现 

创建节点内部类 

插入数据

--- 头插法 

--- 尾插法 

打印链表

查找链表中是否包含关键字key 

 链表的长度

任意位置插入,第一个数据节点为0号下标

删除第一次出现关键字为key的节点

删除所有值为key的节点

清除链表 

完整代码

 LinkedList的使用

LinkedList 的 常见方法 

LinkedList 的总结 

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

---

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 

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
 

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 

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）
 

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