《JavaSE-第十七章》之LinkedList

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2022-11-06


前言

在你立足处深挖下去,就会有泉水涌出!别管蒙昧者们叫嚷:“下边永远是地狱!”

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文章目录

  • ​​LinkedList概述​​
  • ​​数据结构​​
  • ​​属性​​
  • ​​构造方法​​
  • ​​无参构造​​
  • ​​有参构造​​
  • ​​内部类Node​​
  • ​​LinkedLsit特有方法​​
  • ​​1.addFirst()​​
  • ​​2.addLast()​​
  • ​​3.getFirst()​​
  • ​​4.getLast()​​
  • ​​5.removeFirst()​​
  • ​​6.removeLast()​​
  • ​​List接口​​
  • ​​核心方法​​
  • ​​1.add(E e)​​
  • ​​2.add(int index, E element)​​
  • ​​3.remove(int index)​​
  • ​​4.get(int index)​​
  • ​​5.set(int index, E element)​​
  • ​​6.indexOf(Object o)​​
  • ​​7.lastIndexOf(Object o)​​
  • ​​8.clear()​​

LinkedList概述

LinkedList底层是基于双链表实现,内部使用节点存储数据,相比于数组而言,LinkedList删除和插入元素的效率远高于数组,而查找和修改的效率比数组要低。

数据结构

《JavaSE-第十七章》之LinkedList_java

LinkedList的继承关系

《JavaSE-第十七章》之LinkedList_数据_02

说明

  1. LinkedList实现了List接口,说明LinkedList可以当做一个顺序存储的容器
  2. LinkedList实现了Queue接口,说明LinedList可以当做一个队列使用
  3. LinkedList实现了Serializable,说明支持序列化
  4. LinkedList是实现了Cloneable,说明支持克隆

属性

//记录链表长度
    transient int size = 0;

    //头指针
    transient Node<E> first;

    //尾指针
    transient Node<E> last;

构造方法

无参构造

public LinkedList() {
 }

有参构造

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        //将集合中的元素添加到链表中
        addAll(c);
    }
//将指定集合中的元素添加到链表中
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        //检查index是否合法
        checkPositionIndex(index);
        //将结合转换成数组
        Object[] a = c.toArray();
        //得到数组的长度
        int numNew = a.length;
        //判读数组长度是否为0
        if (numNew == 0)
            return false;
        //定义一个节点pred为前驱,succ为后继
        Node<E> pred, succ;
        //数组长度如果等于链表长度,向链表尾部添加元素
        if (index == size) {
            succ = null;//将后继置空
            pred = last;//将链表的最后一个节点的引用赋值给pred
        } else {
            //index不等于size,则说明是插入链表中间位置
            succ = node(index);//index位置节点的引用
            pred = succ.prev;//index位置前一个节点的引用
        }
        //遍历数组,每遍历一个数组元素,就创建一个节点,再将它插入链表相应位置
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;//强制类型转换
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//构造节点
            if (pred == null)
                first = newNode;
            else
                pred.next = newNode;//插入元素
            //更新pred为新节点的引用
            pred = newNode;
        }
        
        if (succ == null) {
            //如果是从尾部开始插入的，让last指向最后一个插入的节点
            last = pred;
        } else {
             //如果不是从尾部插入的，则把尾部的数据和之前的节点连起来
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

        size += numNew;//更新链表长度
        modCount++;
        return true;
    }

内部类Node

private static class Node<E> {
        E item;//链表中的数据域
        Node<E> next;//记录当前节点的后一个节点的引用
        Node<E> prev;//记录当前节点的前一个节点的引用

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {//初始化节点
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

LinkedLsit特有方法

源码如下

1.addFirst()

public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
    //头插
     private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;//获取到头节点的引用
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;//更新first的指向
        if (f == null)//如果为空则说明链表为空
            last = newNode;//让尾指针指向新节点
        else
            f.prev = newNode;//
        size++;//长度自增
        modCount++;
    }

代码示例

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<Integer>();
        list.addFirst(1);
        list.addFirst(2);
        list.addFirst(3);
        System.out.println(list);
    }
}
//运行结果
//[3, 2, 1]

图解头插

《JavaSE-第十七章》之LinkedList_开发语言_03

2.addLast()

源码如下

public void addLast(E e) {
        linkLast(e);//尾插
}
 //尾插具体实现
  void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
}

代码示例

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<Integer>();
        list.addLast(1);
        list.addLast(2);
        list.addLast(3);
        System.out.println(list);
    }
}
//运行结果
//[1, 2, 3]

图解尾插

《JavaSE-第十七章》之LinkedList_数据_04

3.getFirst()

源码如下

public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;//得到first引用
        if (f == null)//链表中无节点
            throw new NoSuchElementException();//抛出异常
        return f.item;//返回头节点的数据
    }

4.getLast()

源码如下

public E getLast() {
        final Node<E> l = last;//得到last引用
        if (l == null)//链表中无节点
            throw new NoSuchElementException();//抛出异常
        return l.item;//返回头节点的数据
    }

5.removeFirst()

源码如下

public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;//得到头节点的引用
        if (f == null)//如果为null则没有头节点
            throw new NoSuchElementException();//抛出异常
        return unlinkFirst(f);//删除操作
      }
      //删除链表第一个节点
      private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;//得到头节点的数据
        final Node<E> next = f.next;//得到第二个节点的引用
        f.item = null;//将头节点数据域置空
        f.next = null; //将头节点next域置空
        first = next;//更新first指针的指向
        if (next == null)//next等于null,说明只有一个节点
            last = null;
        else
            next.prev = null;//将第二个节点的preve置空
        size--;//长度-1
        modCount++;
        return element;//返回要删除头节点的数据
    }

6.removeLast()

源码如下

public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();//抛出异常
        return unlinkLast(l);
    }
     //删除链表最后个节点
    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

List接口

核心方法

1.add(E e)

源码如下

public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
   //尾插
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

2.add(int index, E element)

源码如下

public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);//检查index合法性

        if (index == size)//如果相等,插入到尾部
            linkLast(element);//尾插
        else//非尾部位置
            linkBefore(element, node(index));//
    }
    private void checkPositionIndex(int index) {
        if (!isPositionIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

   private boolean isPositionIndex(int index) {
        return index >= 0 && index <= size;
    }

   void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

   void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        //succ为要插入位置的节点,同时也是你要插入该位置节点的后继
        final Node<E> pred = succ.prev;//得到插入位置的前驱
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);//将元素,以及前驱和后继传入
        succ.prev = newNode;//更新插入位置节点的前驱为要插入节点的引用
        if (pred == null)//如果pred为空说明,要插入的节点已经跑到头节点之前了,需要重置头节点
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;//否则的话将pred的next域指向新节点即可
        size++;
        modCount++;
    }

    //寻找指定位置的节点
    Node<E> node(int index) {
       //如果index靠近链表的前部分,则从头开始遍历寻找要找的节点
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {//靠近后半部分,则倒着寻找
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

3.remove(int index)

源码如下

public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);//检查index合法性
        return unlink(node(index));
    }
   //删除index位置的具体操作
   E unlink(Node<E> x) {
        
        final E element = x.item;//要删除节点的值
        final Node<E> next = x.next;//要删除节点的后一个节点的引用
        final Node<E> prev = x.prev;//要删除节点的前一个节点
      //如果prev为空意味着删除的节点是头节点,否则就不是头节点
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;//要删除的节点prev域置空
        }
      //如果prev为空意味着删除的节点是尾节点,否则就不是尾节点
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;//要删除的节点next域置空
        }

        x.item = null;//将要删除节点的数据域置空
        size--;//链表的长度减一
        modCount++;
        return element;//返回删除节点的数据域的值
    }

4.get(int index)

源码如下

public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }
    //寻找指定位置的节点
    Node<E> node(int index) {
       //如果index靠近链表的前部分,则从头开始遍历寻找要找的节点
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {//靠近后半部分,则倒着寻找
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

5.set(int index, E element)

源码如下

public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

   Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

上述的get()和set()方法中的node()方法是以二分查找来看index位置距离size的一半位置,在决定从头遍历还是从尾遍历。以o(n/2)的效率得到一个节点。

6.indexOf(Object o)

源码如下

//从头往尾找该元素第一次出现的下标
    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        //元素为null
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            //元素不为null
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;//在链表中找不到
    }

7.lastIndexOf(Object o)

源码如下

//从尾往头找该元素第一次出现的下标
    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

8.clear()

源码如下

//清空链表
    public void clear() {
        //遍历链表将每个节点中next,prve,item全部置空
        for (Node<E> x = first; x != null; ) {
            Node<E> next = x.next;
            x.item = null;
            x.next = null;
            x.prev = null;
            x = next;
        }
        first = last = null;//头尾引用都置空
        size = 0;//长度值为0
        modCount++;
    }

总结

  • LinkedList 插入，删除都是移动指针效率很高。
  • 查找需要进行遍历查询，效率较低。

ArrayList与LinkedList的区别

  1. ArrayList底层是基于数组实现,LinkedList基于双链表实现
  2. ArrayList在物理上是一定连续的,而LinkedList在物理上不一定连续,在逻辑上连续
  3. ArrayList访问随机访问元素的时间复杂度为o(1),LinkedList则为o(n)
  4. 头插入元素时,ArrayList需要搬运元素,时间复杂度为o(1)，链表只需要改变头指针的指向即可,复杂度为o(1)
  5. ArrayList适用于频繁的访问元素,以及高效的存储元素上,LinkedList适应于任意位置插入和频繁删除元素的场景

终

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