图解数据结构(02) -- 链表

1、什么是链表

单向链表

链表（linkedlist）是一种在物理上非连续、非顺序的数据结构，由若干节点（node）所组成；单向链表的每一个节点又包含两部分，一部分是存放数据的变量 data，另一部分是指向下一个节点的指针 next
结构图：

代码实现：

    private static class Node {
   
   
        int data;
        Node next;
    }

链表的第1个节点被称为头节点，最后1个节点被称为尾节点，尾节点的 next 指针指向空；
与数组按照下标来随机寻找元素不同，对于链表的其中一个节点A，只能根据节点A的 next 指针来找到该节点的下一个节点B，再根据节点B的next指针找到下一个节点C……一级一级，单线传递！想让每个节点都能回溯到它的前置节点，可以使用双向链表

双向链表

双向链表比单向链表稍微复杂一些，它的每一个节点除了拥有data和next指 针，还拥有指向前置节点的prev指针；

链表的存储方式

说数组在内存中的存储方式是顺序存储，那么链表在内存中的存储方式则是随机存储
数组在内存中占用了连续完整的存储空间，而链表则采用了见缝插针的方式，链表的每一个节点分布在内存的不同位置，依靠 next 指针关联起来，这样可以灵活有效地利用零散的碎片空间。

• 数组的内存分配方式图：
  
• 链表的内存分配方式图：
  
  图中的箭头代表链表节点的 next 指针

2、链表的基本操作

【1】查找节点

在查找元素时，链表不像数组那样可以通过下标快速进行定位，只能从头节点开始向后一个一个节点逐一查找。
例如给出一个链表，需要查找从头节点开始的第3个节点：

查找步骤：

• 第1步，将查找的指针定位到头节点
  
• 第2步，根据头节点的next指针，定位到第2个节点
  
• 第3步，根据第2个节点的next指针，定位到第3个节点，查找完毕
  

链表中的数据只能按顺序进行访问，最坏的时间复杂度是O(n)

【2】更新节点

如果不考虑查找节点的过程，链表的更新过程会像数组那样简单，直接把旧数据替换成新数据即可

【3】插入节点

链表插入节点时，分为3种情况：

• 尾部插入
  尾部插入把最后一个节点的next指针指向新插入的节点即可
  
• 头部插入
  头部插入可以分成两个步骤：
  第1步，把新节点的next指针指向原先的头节点
  第2步，把新节点变为链表的头节点
  
• 中间插入
  中间插入同样分为两个步骤：
  第1步，新节点的 next 指针，指向插入位置的节点
  第2步，插入位置前置节点的 next 指针，指向新节点
  
  只要内存空间允许，能够插入链表的元素是无穷无尽的，不需要像数组那样考虑扩容的问题

【4】删除元素

链表的删除操作同样分为3种情况：

• 尾部删除
  尾部删除把倒数第2个节点的 next 指针指向空即可：
  
• 头部删除
  头部删除把链表的头节点设为原先头节点的next指针即可：
  
• 中间删除
  中间删除把要删除节点的前置节点的 next 指针，指向要删除元素的下一个节点即可：
  
  这里需要注意的是，许多高级语言，如Java，拥有自动化的垃圾回收机制，所以不用刻意去释放被删除的节点，只要没有外部引用指向它们，被删除的节点 会被自动回收

链表的插入和删除操作中如果不考虑插入、删除操作之前查找元素的过程，只考虑纯粹的插入和删除操作，时间复杂度都是O(1)

实现链表的完整代码：