数据结构：线性表

概要

线性表是一种线性结构，它是具有相同类型的n(n≥0)个数据元素组成的有限序列。本章先介绍线性表的几个基本组成部分：数组、单向链表、双向链表。

数组

数组有上界和下界，数组的元素在上下界内是连续的。

存储10,20,30,40,50的数组的示意图如下：

数组的特点是：数据是连续的；随机访问速度快。数组中稍微复杂一点的是多维数组和动态数组。对于C语言而言，多维数组本质上也是通过一维数组实现的。至于动态数组，是指数组的容量能动态增长的数组；对于C语言而言，若要提供动态数组，需要手动实现；而对于C++而言，STL提供了Vector；对于Java而言，Collection集合中提供了ArrayList和Vector。

单向链表

单向链表(单链表)是链表的一种，它由节点组成，每个节点都包含下一个节点的指针。

单链表的示意图如下：

表头为空，表头的后继节点是”节点10″(数据为10的节点)，”节点10″的后继节点是”节点20″(数据为10的节点)，…

单链表删除节点

删除”节点30″

删除之前：”节点20″ 的后继节点为”节点30″，而”节点30″ 的后继节点为”节点40″。

删除之后：”节点20″ 的后继节点为”节点40″。

单链表添加节点

在”节点10″与”节点20″之间添加”节点15″

添加之前：”节点10″ 的后继节点为”节点20″。

添加之后：”节点10″ 的后继节点为”节点15″，而”节点15″ 的后继节点为”节点20″。

单链表的特点是：节点的链接方向是单向的；相对于数组来说，单链表的的随机访问速度较慢，但是单链表删除/添加数据的效率很高。

双向链表

双向链表(双链表)是链表的一种。和单链表一样，双链表也是由节点组成，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。一般我们都构造双向循环链表。

双链表的示意图如下：

表头为空，表头的后继节点为”节点10″(数据为10的节点)；”节点10″的后继节点是”节点20″(数据为10的节点)，”节点20″的前继节点是”节点10″；”节点20″的后继节点是”节点30″，”节点30″的前继节点是”节点20″；…；末尾节点的后继节点是表头。

双链表删除节点

删除”节点30″

删除之前：”节点20″的后继节点为”节点30″，”节点30″ 的前继节点为”节点20″。”节点30″的后继节点为”节点40″，”节点40″ 的前继节点为”节点30″。

删除之后：”节点20″的后继节点为”节点40″，”节点40″ 的前继节点为”节点20″。

双链表添加节点

在”节点10″与”节点20″之间添加”节点15″

添加之前：”节点10″的后继节点为”节点20″，”节点20″ 的前继节点为”节点10″。

添加之后：”节点10″的后继节点为”节点15″，”节点15″ 的前继节点为”节点10″。”节点15″的后继节点为”节点20″，”节点20″ 的前继节点为”节点15″。

双链表的Java实现

/**
 * Java 实现的双向链表。
 * 注：java自带的集合包中有实现双向链表，路径是:java.util.LinkedList
 *
 * @author skywang
 * @date 2013/11/07
 */
public class DoubleLink {

    // 表头
    private DNode mHead;
    // 节点个数
    private int mCount;

    // 双向链表“节点”对应的结构体
    private class DNode {
        public DNode prev;
        public DNode next;
        public T value;

        public DNode(T value, DNode prev, DNode next) {
            this.value = value;
            this.prev = prev;
            this.next = next;
        }
    }

    // 构造函数
    public DoubleLink() {
        // 创建“表头”。注意：表头没有存储数据！
        mHead = new DNode(null, null, null);
        mHead.prev = mHead.next = mHead;
        // 初始化“节点个数”为0
        mCount = 0;
    }

    // 返回节点数目
    public int size() {
        return mCount;
    }

    // 返回链表是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return mCount==0;
    }

    // 获取第index位置的节点
    private DNode getNode(int index) {
        if (index=mCount)
            throw new IndexOutOfBoundsException();

        // 正向查找
        if (index <= mCount/2) {
            DNode node = mHead.next;
            for (int i=0; i<index; i++)
                node = node.next;

            return node;
        }

        // 反向查找
        DNode rnode = mHead.prev;
        int rindex = mCount - index -1;
        for (int j=0; j<rindex; j++)
            rnode = rnode.prev;

        return rnode;
    }

    // 获取第index位置的节点的值
    public T get(int index) {
        return getNode(index).value;
    }

    // 获取第1个节点的值
    public T getFirst() {
        return getNode(0).value;
    }

    // 获取最后一个节点的值
    public T getLast() {
        return getNode(mCount-1).value;
    }

    // 将节点插入到第index位置之前
    public void insert(int index, T t) {
        if (index==0) {
            DNode node = new DNode(t, mHead, mHead.next);
            mHead.next.prev = node;
            mHead.next = node;
            mCount++;
            return ;
        }

        DNode inode = getNode(index);
        DNode tnode = new DNode(t, inode.prev, inode);
        inode.prev.next = tnode;
        inode.prev = tnode;
        mCount++;
        return ;
    }

    // 将节点插入第一个节点处。
    public void insertFirst(T t) {
        insert(0, t);
    }

    // 将节点追加到链表的末尾
    public void appendLast(T t) {
        DNode node = new DNode(t, mHead.prev, mHead);
        mHead.prev.next = node;
        mHead.prev = node;
        mCount++;
    }

    // 删除index位置的节点
    public void del(int index) {
        DNode inode = getNode(index);
        inode.prev.next = inode.next;
        inode.next.prev = inode.prev;
        inode = null;
        mCount--;
    }

    // 删除第一个节点
    public void deleteFirst() {
        del(0);
    }

    // 删除最后一个节点
    public void deleteLast() {
        del(mCount-1);
    }
}

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