在了解完什么是数据结构之后,让我们一起来探索下数据结构中常见的一种—链表。

  链表是数据结构之一,其中的数据呈线性排列。在链表中,数据的添加和删除都较为方便,就是访问比较耗费时间。

  如上图所示就是链表的概念图,Blue、Yellow、Red 这 3 个字符串作为数据被存储于链表中,也就是数据域,每个数据都有 1 个指针,即指针域,它指向下一个数据的内存地址,其中 Red 是最后 1 个数据,Red 的指针不指向任何位置,也就是为 NULL,指向 NULL 的指针通常被称为空指针。

  在链表中,数据一般都是分散存储于内存中的,无须存储在连续空间内。

  因为数据都是分散存储的,所以如果想要访问数据,只能从第 1 个数据开始,顺着指针的指向一一往下访问(这便是顺序访问)。比如,想要找到 Red 这一数据,就得从 Blue 开始访问,这之后,还要经过 Yellow,我们才能找到 Red。

  如果想要添加数据,只需要改变添加位置前后的指针指向就可以,非常简单。比如,在 Blue 和 Yellow 之间添加 Green。

  首先将 Blue 的指针指向的位置变成 Green,然后再把 Green 的指针指向 Yellow,数据的添加就大功告成了。

  数据的删除也一样,只要改变指针的指向就可以,比如删除 Yellow。

  这时,只需要把 Green 指针指向的位置从 Yellow 变成 Red,删除就完成了。虽然 Yellow 本身还存储在内存中,但是不管从哪里都无法访问这个数据,所以也就没有特意去删除它的必要了。今后需要用到 Yellow 所在的存储空间时,只要用新数据覆盖掉就可以了。

  那么对链表的操作所需的运行时间到底是多少呢?在这里,我们把链表中的数据量记成 n。访问数据时,我们需要从链表头部开始查找(线性查找),如果目标数据在链表最后的话,需要的时间就是 O(n)。

  另外,添加数据只需要更改两个指针的指向,所以耗费的时间与 n 无关。如果已经到达了添加数据的位置,那么添加操作只需花费 O(1)的时间,删除数据同样也只需 O(1)的时间。

  在对链表有了大概的认识以后,我们用 Java 去实现属于自己的链表:

  到这里,我相信大家应该对链表有了进一步的理解,大家可以用不同的语言去设计实现下。

  以上讲述的链表是最基本的一种链表,除此之外,还存在几种扩展方便的链表。

  虽然上文中提到的链表在尾部没有指针,但我们也可以在链表尾部使用指针,并且让它指向链表头部的数据,将链表变成环形,这便是循环链表,也叫环形链表。循环链表没有头和尾的概念,想要保存数量固定的最新数据时通常会使用这种链表。

  另外,以上提到的链表里的每个数据都只有一个指针,但我们可以把指针设定为两个,并且让它们分别指向前后数据,这就是双向链表。使用这种链表,不仅可以从前往后,还可以从后往前遍历数据,十分方便。

  但是,双向链表存在两个缺点:一是指针数的增加会导致存储空间需求增加;二是添加和删除数据时需要改变更多指针的指向。

  看完之后,相信大家都对链表和链表的基本操作有了一定的了解,还对循环链表和双向链表有了初步的认识,大家可以使用自己喜欢的语言去设计实现下单向链表,有能力的话可以把循环链表和双向链表也实现下。

  说完链表,当然不能忘记经常和链表同时出现在面试官口中的—数组,将在接下来的文章对其进行展开介绍。

  参考

  《我的第一本算法书》