数据结构之数组与链表

聊数组和链表前,我们首先需要知道内存和如何存放数据的。内存就像大超市寄存处,寄存处有非常多的柜子。每个柜子都有标号(内存地址),柜子用来存放行李(存放数据)。取柜子里的行李时,需要知道柜子标号。

数组

有时候我们的行李有很多,一个柜子存放不下,那么就需要使用多个柜子来存。熟悉Java的都知道,Java里的数组能够存放多个变量值。Java数组类似于一些连续在一起的柜子。

但是数组有一个非常大的缺陷,数组的长度在声明变量时就定好了。以后不可以变长也不可以缩减。在使用期间,如果数组的长度不够用了,那就要重新使用新的数组,太麻烦了。有一种策略是,声明的时候保证数组的长度足够长。但是,这样也会有两个问题:

  • 数组中有许多未使用的空间,这些空间没有使用,白白浪费了
  • 还是有可能长度超标的,超标后,还是需要使用新的容器来存放已有数组中的数据

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链表

链表不同于数组,数组必须申请连续的内存空间,链表每个元素的位置是可以随意的,不必是连续的内存空间。链表中的每个元素的内存空间不是连续的,那么链表是如何知道每个元素的内存地址的呢?链表的每个元素都存储了下一个元素的地址,从而使一系列随机的内存地址串在一起。链表和数组比起来,具有动态性,不会存在长度不够的问题。

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数组与链表的算法复杂度

数组 链表
读取 O(1) O(n)
插入 O(n) O(1)
删除 O(n) O(1)

使用Java实现单链表结构

class LinkList<T> {
    /* list size */
    private int size = 0;

    /* the head of list */
    private Node<T> head;

    boolean add (T elem) {
        if (head == null) {
            head = new Node<>(elem);
        } else {
            Node<T> temp = head;
            while (temp.next != null) {
                temp = temp.next;
            }

            temp.next = new Node<>(elem);
        }

        size++;

        return true;
    }

    boolean add (int index, T element) {
        if (index > size | index < 0)
            return false;

        Node<T> temp = head;
        Node<T> newNode = new Node<>(element);

        if (index == 0) {
            head = newNode;
            head.next = temp;
        } else if (size == index){
            return add(element);
        }else {
            for (int i=1; i < index; i++) {
                temp = temp.next;
            }

            Node<T> next = temp.next;
            temp.next = newNode;
            newNode.next = next;
        }

        size++;
        return true;
    }

    boolean remove (int index) {
        if (index >= size || index < 0)
            return false;

        if (index == 0) {
            Node<T> next = head.next;
            head = null;
            head = next;
        } else {
            Node<T> prev = head;

            for (int i = 0; i < index - 1; i++) {
                prev = prev.next;
            }

            prev.next = prev.next.next;
        }

        return true;
    }

    T get (int index) {
        if (index >= size || index < 0) {
            return null;
        }

        Node<T> current = head;
        for (int i=0; i < index; i++) {
            current = current.next;
        }

        return current.elem;
    }

    void forEach () {
       for (Node<T> temp = head; temp != null; temp = temp.next) {
           System.out.println(temp.elem);
       }
    }

    int size() {
        return size;
    }

    private class Node<E extends T>
    {
        E elem;
        Node<E> next;

        Node(E elem) {
            this.elem = elem;
        }

    }
}