數據結構之「數組「和「鏈表」

前言

本片文章重點在於討論數據結構之「數組」和「鏈表」

數組

鏈表

優勢和缺點

• 優勢：數據存儲在「節點」（Node）中，作到真正的動態，不須要處理 固定容量的問題。
• 缺點：喪失了隨機訪問的能力。

掌握鏈表須要牢記下面幾大技巧：

技巧一：掌握鏈表，想輕鬆寫出正確的鏈表代碼，須要理解指針獲引用的含義：

對於指針的理解，我總結了下面這句話：

將某個變量賦值給指針，實際上就是將這個變量的地址賦值給指針，或者反過來講，指針中存儲了這個變量的內存地址，指向了這個變量，經過指針就能找到這個變量。

在編寫代碼中咱們常常遇到 p->next  = q、p->next = p->next->next二者的含義：

① p->next = q：p結點中的next指針存儲了q結點的內存地址（p結點的next指針指向q）

② p->next = p->next->next：p結點的next指針儲存了p結點的下下一個結點的內存地址

技巧二：插入節點時要警戒指針丟失和內存泄漏

假設咱們但願在結點a和相鄰結點b之間插入結點x，假設當前指針p指向結點a，若是咱們將代碼編程下面的這個樣子，就會發生指針丟失和內存泄漏：

p->next = x;  //將 p 的next 指針指向x結點
x->next = p->next;  //將 x 結點的next指針指向 b 結點

初學者常常會在這兒犯錯，p->next 指針在完成第一步操做以後，已經再也不指向結點 b了，而是指向結點 x。第 2 行代碼至關於將 x 賦值給 x->next，本身指向本身。所以，整個鏈表也就斷成了兩半，從結點 b 日後的全部結點都沒法訪問到了，因此在咱們插入結點時，必定要注意操做順序，現將x結點的next指針指向b，再把結點a的next指針指向結點x，這樣纔不會丟失指針，致使內存泄漏，正確的刪除操做代碼應該是：

x->next = p->next;
p->next = x;

技巧三：利用哨兵簡化實現難度

回顧單鏈表的插入和刪除操做，但願在p結點以後插入一個新的結點，須要下面兩行代碼能夠搞定：

newNode->next = p->next;
p->next = newNode;

可是，當咱們要向一個空鏈表中插入第一個結點，剛剛的邏輯就不能用了。咱們須要進行下面這樣的特殊處理，其中 head 表示鏈表的頭結點。因此，從這段代碼，咱們能夠發現，對於單鏈表的插入操做，第一個結點和其餘結點的插入邏輯是不同的。

if(head == null){
   head = newNode;
}

再來看看刪除結點：

p->next = p->next->next;

可是，若是咱們要刪除鏈表中的最後一個結點，前面的刪除代碼就不 work 了。跟插入相似，咱們也須要對於這種狀況特殊處理。寫成代碼是這樣子的：

if(head->next == null){
   head = null;
}

從前面的一步一步分析，能夠看出，針對鏈表的插入、刪除操做，須要對插入第一個結點和刪除最後一個結點的狀況進行特殊處理，這樣的代碼實現起來很繁瑣，不簡潔，而且也容易由於考慮不全而出錯，如何解決這個問題呢？此時，技巧三的提到的哨兵就要登場了，哨兵，解決的是國家之間的邊界問題。同理，這裏說的哨兵也是解決「邊界問題」的，不直接參與業務邏輯。還記得如何表示一個空鏈表嗎？head=null 表示鏈表中沒有結點了。其中 head 表示頭結點指針，指向鏈表中的第一個結點。

若是咱們引入哨兵結點，在任什麼時候候，無論鏈表是否是空，head 指針都會一直指向這個哨兵結點。咱們也把這種有哨兵結點的鏈表叫帶頭鏈表。相反，沒有哨兵結點的鏈表就叫做不帶頭鏈表。

實際上，這種利用哨兵簡化編程難度的技巧，在不少代碼實現中都有用到，好比插入排序、歸併排序、動態規劃等。

技巧四：重點留意邊界條件處理

軟件開發中，代碼在一些邊界或者異常狀況下，最容易產生 Bug。鏈表代碼也不例外。要實現沒有 Bug 的鏈表代碼，必定要在編寫的過程當中以及編寫完成以後，檢查邊界條件是否考慮全面，以及代碼在邊界條件下是否能正確運行。

咱們常常檢查鏈表代碼是否正確的邊界條件有這樣幾個：

• 若是鏈表爲空時，代碼是否能正常工做？
• 若是鏈表只包含一個結點時，代碼是否能正常工做？
• 若是鏈表只包含兩個結點時，代碼是否能正常工做？
• 代碼邏輯在處理頭結點和尾結點的時候，是否能正常工做？

實際上，不光光是寫鏈表代碼，你在寫任何代碼時，也千萬不要只是實現業務正常狀況下的功能就行了，必定要多想一想，你的代碼在運行的時候，可能會遇到哪些邊界狀況或者異常狀況。遇到了應該如何應對，這樣寫出來的代碼纔夠健壯！

技巧五：舉例畫圖，輔助思考

對於稍微複雜的鏈表操做，好比前面咱們提到的單鏈表反轉，指針一下子指這，一下子指那，一下子就被繞暈了。總感受腦容量不夠，想不清楚。因此這個時候就要使用大招了，舉例法和畫圖法。

技巧六：多寫多練，沒有捷徑

當咱們已經掌握了籤前面所說的方發時，可是手寫鏈表代碼仍是會出現各類各樣的錯誤，也不要着急，咱們寫這些代碼，其實沒什麼技巧，就是把常見的鏈表操做都本身多些幾遍，出問題就一點一點調試，熟能生巧！因此，我精選了 5 個常見的鏈表操做。你只要把這幾個操做都能寫熟練，不熟就多寫幾遍，我保證你以後不再會懼怕寫鏈表代碼。

1. 單鏈表反轉
2. 鏈表中環的檢測
3. 兩個有序的鏈表合併
4. 刪除鏈表倒數第 n 個結點
5. 求鏈表的中間結點

鏈表的定義

數據存儲子「節點」（Node）中：

class Node{
    E e;
    Node next;
}

添加元素

1.在鏈表頭部添插入元素

實現：

private void addFirst(E e){
   //建立一個節點
   Node node = new Node();
   //將node的next指向head
   node.next = head;
   //將head更新爲node
   head = node;
   
   size++;
}

2.在索引爲2的地方添加元素666

 

實現：

//在鏈表的中間index(0-based)位置添加元素
    public void add(int index, E data){
        if (index<0 || index>size)
            throw new IllegalArgumentException("Add failed,Illegal index");
        if (index==0)
            addFirst(data);
        else {
            //先找到要插入節點的前一個節點
            Node prev = head;
            for (int i = 0; i < index - 1; i++){//須要知道index的前一個節點，全部遍歷index-1次
               prev = prev.next;             //prev節點向後移動
               Node node = new Node(data);   //先建立一個新節點
               node.next = prev.next;        //先將新節點的next指向prev的next
               prev.next = node;             //將prev的next指向node新節點
//            prev.next = new Node(data,prev.next);
            size++;
        }
    }
}

另外，插入元素很容易將順序顛倒，好比：

若是先執行 prev.next = node (此時prev的next指針已經指向node新節點)，接着執行node.next = =prev.next，這時候又將node.next指向他本身（perv.next）明顯邏輯順序戶不合，全部在插入元素的過程，順序很重要。

3.在鏈表的末尾添加元素

實現：

public void addLast(E data){
   add(size,data)
}

刪除元素

數組和鏈表的對比

區別一：物理地址存儲的連續性
數組的元素在內存中是連續存放的。
鏈表的元素在內存中不必定是連續存放的，一般是不連續的。
區別二：訪問速度
數組的訪問速度很快，由於數組能夠根據數組能夠根據下標進行快速定位。
鏈表的訪問速度較慢，由於鏈表訪問元素須要移動指針。
區別三：添加、刪減元素速度
數組的元素增刪速度較慢，由於須要移動大量的元素。
鏈表的元素增刪速度較快，由於只須要修改指針便可。

總結

寫鏈表代碼考驗的是邏輯思惟能力，由於，鏈表代碼處處都是指針的操做、邊界條件的處理，稍有不慎就容易產生 Bug。鏈表代碼寫得好壞，能夠看出一我的寫代碼是否夠細心，考慮問題是否全面，思惟是否縝密。因此，這也是不少面試官喜歡讓人手寫鏈表代碼的緣由。因此，這一節講到的東西，你必定要本身寫代碼實現一下，纔有效果。