9.3.3 LinkedList源码解读&&手工实现

于 2020-05-02 09:39:18 发布
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分类专栏： BAIZHAN课程 文章标签： java 链表
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/hwinte/article/details/105879162
本文详细解析了LinkedList的特点和底层实现原理，通过四个版本逐步深入，涵盖了手工实现LinkedList的全过程，包括节点构造、添加、获取、删除及插入操作，旨在帮助读者深刻理解双向链表的运作机制。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

########LinkedList特点和底层实现########
LinkedList底层是双向链表实现的存储。特点：查询效率低，增删效率高，线程不安全；
因此一般情况下不常用；
下面这个图很重要，需理解
在这里插入图片描述 在这里插入图片描述
每一个节点（Node或者Entry）都包含三个部分----上、数据、下
增加：把相邻的两个链表拆开指向我；
删除：a1指向a3，a2指向空格；这就是链表的好处，很简单
########LinkedList手工实现########
一：第一个版本
首先创建一个Node的文件，里面构造了一个Node

package cn.sxt.mycollection;

public class Node {
	Node previous;  //上一个节点
	Node next;		//下一个节点
	Object element;//元素数据
	
	public Node(Node previous, Node next, Object element) {
		super();
		this.previous = previous;
		this.next = next;
		this.element = element;
	}

	public Node(Object element) {
		super();
		this.element = element;
	}
}

Node里面有两个构造方法！！！
然后自定义一个链表

package cn.sxt.mycollection;

/**
 * 自定义一个链表
 * @author 韩文韬
 *
 */
public class SxtLinkedList01 {
	
	private Node first;
	private Node last;
	private int size;
	
	//现在是空的，目前要往里面加内容
	//["a"]
	public void add(Object obj) {
		Node node=new Node(obj);
		
		if(first==null)
		{
//			node.previous=null;
//			node.next=null;
			
			first=node;
			last=node;
		}
		else
		{
			node.previous=last;
			node.next=null;
			
			last.next=node; //最后一个指向node
			last=node;		//最后一个变为node
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		SxtLinkedList01 list=new SxtLinkedList01();
		
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		
		System.out.println(list);
	}
}

我们来一段段分析这片代码

if(first==null)
{
//	node.previous=null;
//	node.next=null;
	
	first=node;
	last=node;
}

当插入第一个节点的时候，首是这个节点，尾也是这个节点，该节点前是空，尾也是空；

else
{
	node.previous=last;
	node.next=null;
	
	last.next=node; //最后一个指向node
	last=node;		//最后一个变为node
}

当插入之后的节点时，该节点前是之前最后一个节点（last），尾是空，最后一个指向node，然后再将最后一个变为node；
然后创建一个list对象，利用add方法添加元素，而后打印；
输出结果为：cn.sxt.mycollection.SxtLinkedList01@311d617d
这表明我们需要重写toString方法；
debug一下我们发现如下图：
在这里插入图片描述
这表明链表已经构造成功，但是输出方法不对而已~
打印我们怎么打印呢，从first开始打印，然后.next一直往下找，假设链表里是[a,b,c]，那么我们先打印a，first=a，然后b，然后c，last=c；
下面重写toString方法，将链表完整的打印出来

@Override  //重写toString方法，为了输出
public String toString() {
	StringBuilder sb=new StringBuilder();
	sb.append('[');
	//[a,b,c] first=a,last=c
	Node temp=first;  //定义一个临时节点
	while(temp!=null)
	{
		sb.append(temp.element+",");
		temp=temp.next;
	}
	sb.setCharAt(sb.length()-1, ']');
	return sb.toString();
}

然后运行，输出结果为：[a,b,c]
至此，第一个版本结束！
完整版本代码如下：

package cn.sxt.mycollection;

/**
 * 自定义一个链表
 * @author 韩文韬
 *
 */
public class SxtLinkedList01 {
	
	private Node first;
	private Node last;
	private int size;
	
	//现在是空的，目前要往里面加内容
	//["a"]
	public void add(Object obj) {
		Node node=new Node(obj);
		
		if(first==null)
		{
//			node.previous=null;
//			node.next=null;
			
			first=node;
			last=node;
		}
		else
		{
			node.previous=last;
			node.next=null;
			
			last.next=node; //最后一个指向node
			last=node;		//最后一个变为node
		}
		size++;
	}
	
	

	@Override  //重写toString方法，为了输出
	public String toString() {

		StringBuilder sb=new StringBuilder();
		
		sb.append('[');
		
		//[a,b,c] first=a,last=c
		Node temp=first;  //定义一个临时节点
		while(temp!=null)
		{
			sb.append(temp.element+",");
			temp=temp.next;
		}
		sb.setCharAt(sb.length()-1, ']');
		return sb.toString();
	}
	public static void main(String[] args) {
		SxtLinkedList01 list=new SxtLinkedList01();
		
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		
		System.out.println(list);
	}
}

二：第二个版本
第二个版本讲get方法，get方法是根据你传入的索引位置返回对应的元素；

public Object get(int index) {
		
		if(index<0||index>size-1)
		{
			//不合法
			throw new RuntimeException("索引不合法！"+index);
		}
		Node temp=first;
		if(index<(size>>1))  //size>>1相当于除以2
		{
			for(int i=0;i<index;i++)
			{
				temp=temp.next;
			}
		}
		else
		{
			temp=last;
			for(int i=size-1;i>index;i--)
			{
				temp=temp.previous;
			}
		}
		return temp.element;
	}

这里用了一个更为高效的办法，即把区间分为两半，分别遍历；
完整代码如下：

package cn.sxt.mycollection;

/**
 * 自定义一个链表
 * 增加get方法
 * @author 韩文韬
 *
 */
public class SxtLinkedList02 {
	
	private Node first;
	private Node last;
	private int size;
	
	//现在是空的，目前要往里面加内容
	//["a"]
	public void add(Object obj) {
		Node node=new Node(obj);
		
		if(first==null)
		{
//			node.previous=null;
//			node.next=null;
			
			first=node;
			last=node;
		}
		else
		{
			node.previous=last;
			node.next=null;
			
			last.next=node; //最后一个指向node
			last=node;		//最后一个变为node
		}
		size++;
	}
	@Override  //重写toString方法，为了输出
	public String toString() {

		StringBuilder sb=new StringBuilder();
		
		sb.append('[');
		
		//[a,b,c] first=a,last=c
		Node temp=first;  //定义一个临时节点
		while(temp!=null)
		{
			sb.append(temp.element+",");
			temp=temp.next;
		}
		sb.setCharAt(sb.length()-1, ']');
		return sb.toString();
	}
	
	public Object get(int index) {
		
		if(index<0||index>size-1)   //这里有问题
		{
			//不合法
			throw new RuntimeException("索引不合法！"+index);
		}
		
		Node temp=first;
		if(index<(size>>1))  //size>>1相当于除以2
		{
			for(int i=0;i<index;i++)
			{
				temp=temp.next;
			}
		}
		else
		{
			temp=last;
			for(int i=size-1;i>index;i--)
			{
				temp=temp.previous;
			}
		}
		return temp.element;
	}
	public static void main(String[] args) {
		SxtLinkedList02 list=new SxtLinkedList02();
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		
		System.out.println(list.get(2));
	}
}

三：第三个版本
这个版本讲如何使用remove方法；
有一块封装一下便于重用，如下：

public Node getNode(int index) {
		Node temp=first;
		if(index<(size>>1))  //size>>1相当于除以2
		{
			for(int i=0;i<index;i++)
			{
				temp=temp.next;
			}
		}
		else
		{
			temp=last;
			for(int i=size-1;i>index;i--)
			{
				temp=temp.previous;
			}
		}
		return temp;
	}

根据一个索引便可获得其值；
下面是完整代码

package cn.sxt.mycollection;

/**
 * 自定义一个链表
 * 增加get方法
 * 增加remove方法
 * @author 韩文韬
 *
 */
public class SxtLinkedList03 {
	
	private Node first;
	private Node last;
	private int size;
	
	//现在是空的，目前要往里面加内容
	//["a"]
	public void add(Object obj) {
		Node node=new Node(obj);
		
		if(first==null)
		{
//			node.previous=null;
//			node.next=null;
			
			first=node;
			last=node;
		}
		else
		{
			node.previous=last;
			node.next=null;
			
			last.next=node; //最后一个指向node
			last=node;		//最后一个变为node
		}
		size++;
	}
	
	

	@Override  //重写toString方法，为了输出
	public String toString() {

		StringBuilder sb=new StringBuilder();
		
		sb.append('[');
		
		//[a,b,c] first=a,last=c
		Node temp=first;  //定义一个临时节点
		while(temp!=null)
		{
			sb.append(temp.element+",");
			temp=temp.next;
		}
		sb.setCharAt(sb.length()-1, ']');
		return sb.toString();
	}
	
//	public int size() {
//		return size;
//	}
	
	public Object get(int index) {
		
		if(index<0||index>size-1)   //这里有问题
		{
			//不合法
			throw new RuntimeException("索引不合法！"+index);
		}
		
		Node temp=getNode(index);
		
		return temp!=null?temp.element:null;
	}
	
	public Node getNode(int index) {
		Node temp=first;
		
		if(index<(size>>1))  //size>>1相当于除以2
		{
			for(int i=0;i<index;i++)
			{
				temp=temp.next;
			}
		}
		else
		{
			temp=last;
			for(int i=size-1;i>index;i--)
			{
				temp=temp.previous;
			}
		}
		return temp;
	}
	
	public void remove(int index)
	{
		Node temp=getNode(index);
		
		if(temp!=null)
		{
			Node up=temp.previous;
			Node down=temp.next;
			
			if(up!=null)
			{
				up.next=down;
			}
			if(down!=null)
			{
				down.previous=up;
			}
			//被删除的元素是第一个元素时
			if(index==0)
			{
				first=down;
			}
			//被删除的元素时最后一个元素时
			if(index==size-1)
			{
				last=up;
			}
			size--;
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		SxtLinkedList03 list=new SxtLinkedList03();
		
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		
		//System.out.println(list);
		
		list.remove(2);
		System.out.println(list);
	}
}

四：第四个版本
这个版本主要为了解释插入add方法，add部分代码如下所示：

public void add(int index,Object obj)
	{
		Node newNode=new Node(obj);
		
		if(index>=0&&index<=size-1)
		{
			Node temp=getNode(index);
			Node up=temp.previous;
			
			if(up!=null)
			{
				up.next=newNode;
				newNode.previous=up;
				
				temp.previous=newNode;
				newNode.next=temp;
				
			}
			
			//在开头插入时
			if(index==0)
			{
				first=newNode;
				temp.previous=newNode;
				newNode.next=temp;
			}
		}
		//在末尾插入时
		if(index==size)
		{
			Node temp=getNode(size-1);
			temp.next=newNode;
			newNode.previous=temp;
		}
	}

这部分代码为我自己补充，其中比较完整的包括了开头插入与末尾插入的情况，完整代码如下：

package cn.sxt.mycollection;

/**
 * 自定义一个链表
 * 增加get方法
 * 增加remove方法
 * 增加插入方法
 * @author 韩文韬
 *
 */
public class SxtLinkedList04 {
	
	private Node first;
	private Node last;
	private int size;
	
	//现在是空的，目前要往里面加内容
	//["a"]
	public void add(Object obj) {
		Node node=new Node(obj);
		
		if(first==null)
		{
//			node.previous=null;
//			node.next=null;
			
			first=node;
			last=node;
		}
		else
		{
			node.previous=last;
			node.next=null;
			
			last.next=node; //最后一个指向node
			last=node;		//最后一个变为node
		}
		size++;
	}
	
	@Override  //重写toString方法，为了输出
	public String toString() {

		StringBuilder sb=new StringBuilder();
		
		sb.append('[');
		
		//[a,b,c] first=a,last=c
		Node temp=first;  //定义一个临时节点
		while(temp!=null)
		{
			sb.append(temp.element+",");
			temp=temp.next;
		}
		sb.setCharAt(sb.length()-1, ']');
		return sb.toString();
	}
	
	public Object get(int index) {
		
		if(index<0||index>size-1)   //这里有问题
		{
			//不合法
			throw new RuntimeException("索引不合法！"+index);
		}
		
		Node temp=getNode(index);
		
		return temp!=null?temp.element:null;
	}
	
	public Node getNode(int index) {
		Node temp=first;
		
		if(index<=(size>>1))  //size>>1相当于除以2
		{
			for(int i=0;i<index;i++)
			{
				temp=temp.next;
			}
		}
		else
		{
			temp=last;
			for(int i=size-1;i>index;i--)
			{
				temp=temp.previous;
			}
		}
		return temp;
	}
	
	public void remove(int index)
	{
		Node temp=getNode(index);
		
		if(temp!=null)
		{
			Node up=temp.previous;
			Node down=temp.next;
			
			if(up!=null)
			{
				up.next=down;
			}
			if(down!=null)
			{
				down.previous=up;
			}
			//被删除的元素是第一个元素时
			if(index==0)
			{
				first=down;
			}
			//被删除的元素时最后一个元素时
			if(index==size-1)
			{
				last=up;
			}
		}
	}
	
	public void add(int index,Object obj)
	{
		Node newNode=new Node(obj);
		
		if(index>=0&&index<=size-1)
		{
			Node temp=getNode(index);
			Node up=temp.previous;
			
			if(up!=null)
			{
				up.next=newNode;
				newNode.previous=up;
				
				temp.previous=newNode;
				newNode.next=temp;
				
			}
			
			//在开头插入时
			if(index==0)
			{
				first=newNode;
				temp.previous=newNode;
				newNode.next=temp;
			}
		}
		//在末尾插入时
		if(index==size)
		{
			Node temp=getNode(size-1);
			temp.next=newNode;
			newNode.previous=temp;
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		SxtLinkedList04 list=new SxtLinkedList04();
		
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		list.add("a");
		list.add("b");
		list.add("c");
		
		System.out.println(list.get(0));
		
		list.remove(0);
		System.out.println(list);
		
		list.add(0, "韩小狗");
		System.out.println(list);
		
		list.add(6, "韩小猪");
		System.out.println(list);
	}
}

输出结果为：
a
[b,c,a,b,c]
[韩小狗,b,c,a,b,c]
[韩小狗,b,c,a,b,c,韩小猪]

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