链表详解

链表是由一系列节点（链表中的每一个元素都叫作一个节点）组成的数据结构，节点可以在运行过程中动态生成。每个节点都包括两部分内容：存储数据的数据域；存储下一个节点地址的指针域。由于链表是随机存储数据的，因此在链表中插入数据的时间复杂度为O(1)，比在线性表和顺序表中插入的效率要高；但在链表中查找一个节点时需要遍历链表中所有元素，因此时间复杂度为O(n)，而在线性表和顺序表中查找一个节点的时间复杂度分别为O(logn)和O(1)。链表有3种不同的类型：单向链表、双向链表及循环链表。下面将以Java语言为基础分别介绍这3种不同的链表结构。4.3.1 链表的特点链表通过一组存储单元存储线性表中的数据元素，这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的。因此，为了表示每个数据元素与其直接后继数据元素之间的逻辑关系，对数据元素来说，除了存储其本身的信息，还需要存储直接后继数据元素的信息（即直接后继数据元素的存储位置）。由这两部分信息组成一个“节点”。链表数据结构的优点是插入快，缺点是数据查询需要遍历整个链表，效率慢。链表的具体数据结构如图4-3所示。

 

 链表根据具体的实现又分为单向链表、双向链表和循环链表。

 

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单向链表（又称单链表）是链表的一种，其特点是链表的链接方向是单向的，访问链表时要从头部开始顺序读取。单向链表是链表中结构最简单的。一个单向链表的节点（Node）可分为两部分：第1部分为数据区（data），用于保存节点的数据信息；第2部分为指针区，用于存储下一个节点的地址，最后一个节点的指针指向null。具体的数据结构如图4-4所示。

 

 

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在双向链表的每个数据节点中都有两个指针，分别指向其直接后继和直接前驱节点。所以，从双向链表中的任意一个节点开始，都可以很方便地访问它的直接前驱节点和直接后继节点。具体的数据结构如图4-7所示。

 

双向链表和单向链表的不同之处在于，单向链表除数据项外只定义了一个Next指针指向下一个节点，而双向链表定义了Prev和Next两个指针分别指向上一个节点和下一个节点，这样我们便可以从两个方向遍历并处理节点的数据了。

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循环链表的链式存储结构的特点是：表中最后一个节点的指针域指向头节点，整个链表形成一个环。具体的数据结构如图4-8所示。

 

 循环节点的实现和单向链表十分相似，只是在链表中，尾部元素的Next指针不再是null，而是指向头部节点，其他实现和单向链表相同。