打造屬於自己的鏈表

前面數組篇中的動態數組實現，以及基於數組實現的棧和隊列，它們的底層依舊是依託於靜態數組，靠的是resize來解決固定容量的問題。但是鏈表就不同了，他實現了真正的動態數據結構，通過指針的指向來實現元素之間的關係依賴。

數組和鏈表的對比

數組支持快速查詢，是因爲在創建數組的時候，在堆中創建了連續的空間。正因此，數組在插入和刪除元素的時候可能需要開闢額外的空間，所以慢了。
而鏈表真正的優點是實現了動態數據結構，你不要考慮容量的問題，有新元素插入只需要改變一下指針的指向就可以。但也因此喪失了快速查找的功能，因爲在堆中元素與元素之間不是連續的空間，它們可以分佈各地，唯一的聯繫那就是指針了。

鏈表

經過上面的一通操作(哈塞給)之後，相信對數組和鏈表有了更深刻的認識，下面我們來實現屬於自己的鏈表。

package design.linkedlist;

/**
 * @program: design
 * @description: 鏈表實現類, 增刪改查時間複雜度：O(n)
 * @author: cyj
 * @create: 2019-03-21 11:32
 **/
public class LinkedList<E> {
    private class Node {
        public E e;
        public Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    //虛擬頭節點
    private Node dummyHead;
    int size;

    public LinkedList() {
        dummyHead = new Node(null, null);
        size = 0;
    }

    /**
     * 獲取鏈表中的元素個數
     *
     * @return
     */
    public int getSize() {
        return size;
    }

    /**
     * 判斷鏈表是否爲空
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 在鏈表的index添加元素e
     * 在鏈表中不是一個常用的操作，主要理解
     * 時間複雜度：O(n)
     */
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add failed.  Illegal index.");
        }

        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
//            Node node = new Node(e);
//            node.next = prev.next;
//            prev.next = node;

        prev.next = new Node(e, prev.next);
        size++;

    }

    /**
     * 在鏈表末尾添加新得元素e
     * 時間複雜度：O(n)
     *
     * @param e
     */
    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    /**
     * 在鏈表頭添加元素
     * 時間複雜度：O(1)
     */
    public void addFirst(E e) {
//        Node node = new Node(e);
//        node.next = head;
//        head = node;

//        head = new Node(e, head);
//        size++;

        add(0, e);
    }

    /**
     * 獲得鏈表的index處的元素e
     * 在鏈表中不是一個常用的操作，主要聯繫理解
     * 時間複雜度：O(n)
     */
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index.");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }

    /**
     * 獲得鏈表的第一個元素
     *
     * @return
     */
    public E getFirst() {
        return get(0);
    }

    /**
     * 獲得鏈表的最後一個元素
     *
     * @return
     */
    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    /**
     * 修改鏈表的第index個位置的元素爲e
     * 時間複雜度：O(n)
     *
     * @param index
     * @param e
     */
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Update failed. Illegal index.");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }

    /**
     * 刪除鏈表的第index個位置的元素爲e
     * 時間複雜度：O(n)
     *
     * @param index
     */
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Update failed. Illegal index.");
        }
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
        Node retNode = prev.next;
        prev.next = retNode.next;
        retNode.next = null;
        size--;
        return retNode.e;
    }

    /**
     * 刪除鏈表第一個元素
     * 時間複雜度：O(1)
     *
     * @return
     */
    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    /**
     * 刪除鏈表最後一個元素
     * 時間複雜度：O(n)
     *
     * @return
     */
    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    /**
     * 查找鏈表中是否有元素e
     * 時間複雜度：O(n)
     *
     * @param e
     * @return
     */
    public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            res.append(cur + "->");
            cur = cur.next;
        }
//        for (Node cur=dummyHead.next;cur!=null;cur=cur.next) {
//            res.append(cur + "->");
//        }
        res.append("NULL");
        return res.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            linkedList.addFirst(i);
            System.out.println(linkedList);
        }
		
        //在索引爲2的地方添加元素666
        linkedList.add(2, 666);
        System.out.println(linkedList);
		
        //刪除索引爲2的元素
        linkedList.remove(2);
        System.out.println(linkedList);

        //刪除鏈表第一個元素
        linkedList.removeFirst();
        System.out.println(linkedList);

        //刪除鏈表最後一個元素
        linkedList.removeLast();
        System.out.println(linkedList);
    }
}


運行結果：
0->NULL
1->0->NULL
2->1->0->NULL
3->2->1->0->NULL
4->3->2->1->0->NULL
4->3->666->2->1->0->NULL
4->3->2->1->0->NULL
3->2->1->0->NULL
3->2->1->NULL

鏈表的添加操作

添加操作時，操作順序很重要。找到要添加節點的前一個節點，然後將添加元素的指針指向節點的下一個節點，最後在把前一個節點的指針指向要添加的元素。

可是頭元素的沒有前一個節點，因爲需要設立一個虛擬頭節點，即上面代碼中的dummyHead。

鏈表的刪除操作

基於鏈表實現棧和隊列

鏈表棧

package design.linkedlist;

import design.stack.Stack;

/**
 * @program: design
 * @description: 鏈表棧的實現
 * @author: cyj
 * @create: 2019-03-21 15:47
 **/
public class LinkedListStack<E> implements Stack<E> {
    private LinkedList<E> list;

    public LinkedListStack() {
        list = new LinkedList<>();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return list.getSize();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return list.isEmpty();
    }

    @Override
    public void push(E e) {
        list.addFirst(e);
    }

    @Override
    public E pop() {
        return list.removeFirst();
    }

    @Override
    public E peek() {
        return list.getFirst();
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack : top ");
        res.append(list);
        return res.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        LinkedListStack<Integer> stack = new LinkedListStack<>();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            stack.push(i);
            System.out.println(stack);
        }

        stack.pop();
        System.out.println(stack);
    }
}


運行結果：
Stack : top 0->NULL
Stack : top 1->0->NULL
Stack : top 2->1->0->NULL
Stack : top 3->2->1->0->NULL
Stack : top 4->3->2->1->0->NULL
Stack : top 3->2->1->0->NULL

鏈表棧和數組棧的效率對比

package design.linkedlist;

import design.stack.ArrayStack;
import design.stack.Stack;

import java.util.Random;

/**
 * @program: design
 * @description: 數組棧與鏈表棧的效率對比
 * @author: cyj
 * @create: 2019-03-21 15:52
 **/
public class StackTest {
    /**
     * 測試使用stack運行opCount個push和pop操作所需要的時間，單位：秒
     *
     * @param stack
     * @param opCount
     * @return
     */
    private static double testStack(Stack<Integer> stack, int opCount) {
        long startTime = System.nanoTime();
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < opCount; i++) {
            stack.push(random.nextInt(Integer.MAX_VALUE));
        }
        for (int i = 0; i < opCount; i++) {
            stack.pop();
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        return (endTime - startTime) / 1000000000.0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int opCount = 100000;

        ArrayStack<Integer> arrayStack = new ArrayStack<>();
        double time1 = testStack(arrayStack, opCount);
        System.out.println("ArrayStack , time: " + time1 + " s");

        LinkedListStack<Integer> linkedListStack = new LinkedListStack<>();
        double time2 = testStack(linkedListStack, opCount);
        System.out.println("LinkedListStack , time: " + time2 + " s");

    }
}


(分別進行入隊操作後再出隊)
運行時間：
ArrayStack , time: 0.013294353 s
LinkedListStack , time: 0.010873164 s

可以看到 執行效率是差不多的。

鏈表隊列

package design.linkedlist;

import design.queue.Queue;

/**
 * @program: design
 * @description: 實現鏈表隊列
 * @author: cyj
 * @create: 2019-03-21 17:26
 **/
public class LinkedListQueue<E> implements Queue<E> {
    private class Node {
        public E e;
        public Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    private Node head, tail;
    private int size;

    public LinkedListQueue() {
        head = null;
        tail = null;
        size = 0;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        //tail爲空，則head爲空，鏈表爲空
        if (tail == null) {
            tail = new Node(e);
            head = tail;
        } else {
            tail.next = new Node(e);
            tail = tail.next;
        }
        size++;
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
        }
        Node retNode = head;
        head = head.next;
        retNode.next = null;
        if (head == null) {
            tail = null;
        }
        size--;
        return retNode.e;
    }

    @Override
    public E getFront() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
        }
        return head.e;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("LinkedListQueue : front ");
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            res.append(cur + "->");
            cur = cur.next;
        }

        res.append("NULL  tail");
        return res.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        LinkedListQueue<Integer> queue = new LinkedListQueue<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            queue.enqueue(i);
            System.out.println(queue);

            if (i % 3 == 2) {
                queue.dequeue();
                System.out.println(queue);
            }
        }
    }
}

運行時間：(front爲隊首，tail爲隊尾，每次增長3個元素，就去除隊首元素)
LinkedListQueue : front 0->NULL  tail
LinkedListQueue : front 0->1->NULL  tail
LinkedListQueue : front 0->1->2->NULL  tail
LinkedListQueue : front 1->2->NULL  tail
LinkedListQueue : front 1->2->3->NULL  tail
LinkedListQueue : front 1->2->3->4->NULL  tail
LinkedListQueue : front 1->2->3->4->5->NULL  tail
LinkedListQueue : front 2->3->4->5->NULL  tail
LinkedListQueue : front 2->3->4->5->6->NULL  tail
LinkedListQueue : front 2->3->4->5->6->7->NULL  tail
LinkedListQueue : front 2->3->4->5->6->7->8->NULL  tail
LinkedListQueue : front 3->4->5->6->7->8->NULL  tail
LinkedListQueue : front 3->4->5->6->7->8->9->NULL  tail

數組隊列，循環隊列，鏈表隊列的比較

package design.queue;

import design.linkedlist.LinkedListQueue;

import java.util.Random;

/**
 * @program: design
 * @description: 數組隊列和循環隊列的比較
 * @author: cyj
 * @create: 2019-03-20 16:20
 **/
public class QueueTest {
    /**
     * 測試使用q運行opCount個enqueue和dequeue操作所需要的時間，單位：秒
     *
     * @param q
     * @param opCount
     * @return
     */
    private static double testQueue(Queue<Integer> q, int opCount) {
        long startTime = System.nanoTime();
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < opCount; i++) {
            q.enqueue(random.nextInt(Integer.MAX_VALUE));
        }
        for (int i = 0; i < opCount; i++) {
            q.dequeue();
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        return (endTime - startTime) / 1000000000.0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int opCount = 100000;

        ArrayQueue<Integer> arrayQueue = new ArrayQueue<>();
        double time1 = testQueue(arrayQueue, opCount);
        System.out.println("ArrayQueue , time: " + time1 + " s");

        LoopQueue<Integer> loopQueue = new LoopQueue<>();
        double time2 = testQueue(loopQueue, opCount);
        System.out.println("LoopQueue , time: " + time2 + " s");

        LinkedListQueue<Integer> linkedListQueue = new LinkedListQueue<>();
        double time3 = testQueue(loopQueue, opCount);
        System.out.println("LinkedListQueue , time: " + time3 + " s");
    }
}



運行結果：
ArrayQueue , time: 3.300562516 s
LoopQueue , time: 0.012768131 s
LinkedListQueue , time: 0.006027373 s

可以看出來，還是鏈表隊列省時間，因爲沒有涉及到查找的操作。但是當達到百萬或者千萬級別可能就會有出入了。

手寫鏈表底層實現(java實現)

文章目錄

打造屬於自己的鏈表

數組和鏈表的對比

鏈表

鏈表的添加操作

鏈表的刪除操作

基於鏈表實現棧和隊列

鏈表棧

鏈表棧和數組棧的效率對比

鏈表隊列

數組隊列，循環隊列，鏈表隊列的比較

手寫棧和隊列底層實現(java實現)

免費手機號歸屬地查詢接口（Java實現）

Nginx的配置與開發學習(一)：服務器安裝與配置

Nginx的配置與開發學習(五)：配置屬於自己的HTTPS證書

Nginx的配置與開發學習(二)：訪問控制與請求限制

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結