文章目录

  • 一、简介
  • 二、最简单的链表
  • 三、循环链表
    • 1. 初始化循环链表
    • 2. 创建一个指定大小 N 的循环链表,值全为空
    • 3. 获取上一个或下一个节点
    • 4. 获取第 n 个节点
    • 5. 获取链表长度
  • 四、数组和链表
  • 五、总结
  • 参考链接

一、简介

数据结构是用来组织数据的,如何将一个数据关联到另外一个数据呢?

链表可以将数据和数据之间关联起来,从一个数据指向另外一个数据。

定义:

链表由一个个数据节点(一个节点是一个结构体)组成,它是一个递归结构,要么它是空的,要么它存在一个指向另外一个数据节点的引用。

链表,可以说是最基础的数据结构。


二、最简单的链表

结构体 LinkNode (链表的一个节点)有两个字段,一个字段存放数据 Data,另一个字段是一个指针,指向下一个节点 NextNode 。这种从一个数据节点指向下一个数据节点的结构,都可以叫做链表。

package mainimport ("fmt"
)type LinkNode struct {   //链表的一个数据节点的结构体Data     int64NextNode *LinkNode
}func main() {// 新的节点node := new(LinkNode)     //使用 new 实例化一个结构体,返回指向结构体的指针node.Data = 2// 新的节点node1 := new(LinkNode)node1.Data = 3node.NextNode = node1 // node1 链接到 node 节点上// 新的节点node2 := new(LinkNode)node2.Data = 4node1.NextNode = node2 // node2 链接到 node1 节点上// 按顺序打印数据nowNode := nodefor {if nowNode != nil {// 打印节点值fmt.Println(nowNode.Data)// 获取下一个节点nowNode = nowNode.NextNodecontinue}// 如果下一个节点为空,表示链表结束了break}
}

输出结果:

2
3
4

有些书籍,把链表做了很细的划分,比如单链表,双链表,循环单链表,循环双链表,其实没有必要强行分类,链表就是从一个数据指向另外一个数据,一种将数据和数据关联起来的结构而已。

好吧,我们还是要知道是什么:

  • 单链表,就是链表是单向的,像我们上面这个结构一样,可以一直往下找到下一个数据节点,它只有一个方向,它不能往回找。
  • 双链表,每个节点既可以找到它之前的节点,也可以找到之后的节点,是双向的。(有两个指针字段,一个指向上一个节点,一个指向下一个节点)
  • 循环链表,就是它一直往下找数据节点,最后回到了自己那个节点,首尾相接,形成了一个回路。循环单链表和循环双链表的区别就是,一个只能一个方向走,一个两个方向都可以走。

三、循环链表

我们来实现一个循环链表 Ring(集链表大成者),参考 Golang 标准库 container/ring::

// 循环链表
type Ring struct {next, prev *Ring       // 前驱和后驱节点Value      interface{} // 数据
}

该循环链表有一个三个字段,next 表示后驱节点,prev 表示前驱节点,Value 表示值。

接下来是该结构上的各操作:

1. 初始化循环链表

初始化一个空的循环链表:

package mainimport ("fmt"
)// 循环链表
type Ring struct {next, prev *Ring       // 前驱和后驱节点Value      interface{} // 数据
}// 初始化空的循环链表,前驱和后驱都指向自己,因为是循环的
func (r *Ring) init() *Ring {r.next = rr.prev = rreturn r
}
func main() {r := new(Ring)fmt.Println(r.init())
}

输出结果:

&{0xc0000a43a0 0xc0000a43a0 <nil>}

因为绑定前驱和后驱节点为自己,没有循环,时间复杂度为:O(1)。

2. 创建一个指定大小 N 的循环链表,值全为空

package mainimport ("fmt"
)// 循环链表
type Ring struct {next, prev *Ring       // 前驱和后驱节点Value      interface{} // 数据,空接口类型的变量可以存储任意类型的变量
}func New(n int) *Ring {if n <= 0 {return nil}r := new(Ring)  //新节点p := rfor i := 1; i < n; i++ {  //创建n-1个新节点p.next = &Ring{prev: p}  //新节点p = p.next               //p 指向新节点}p.next = r    //首尾相接r.prev = preturn r
}func main() {fmt.Println(New(3))
}

会连续绑定前驱和后驱节点,时间复杂度为:O(n)。

3. 获取上一个或下一个节点

// 获取下一个节点
func (r *Ring) Next() *Ring {if r.next == nil {return r.init()}return r.next
}
// 获取上一个节点
func (r *Ring) Prev() *Ring {if r.next == nil {return r.init()}return r.prev
}

获取前驱或后驱节点,时间复杂度为:O(1)。

4. 获取第 n 个节点

因为链表是循环的,当 n 为负数,表示从表头往前遍历,否则往后面遍历:

func (r *Ring) Move(n int) *Ring {if r.next == nil {return r.init()}switch {case n < 0:for ; n < 0; n++ {r = r.prev}case n > 0:for ; n > 0; n-- {r = r.next}}return r
}

因为需要遍历 n 次,所以时间复杂度为:O(n)。

5. 获取链表长度

// 查看循环链表长度
func (r *Ring) Len() int {n := 0if r != nil {n = 1for p := r.Next(); p != r; p = p.next {n++}}return n
}

通过循环,当引用回到自己,那么计数完毕,时间复杂度:O(n)。

因为循环链表还不够强壮,不知道起始节点是哪个,计数链表长度还要遍历,所以用循环链表实现的双端队列就出现了,一般具体编程都使用更高层次的数据结构。


四、数组和链表

数组是编程语言作为一种 基本类型 提供出来的,相同数据类型的元素按一定顺序排列的集合。

它的作用只有一种:存放数据,让你很快能找到存的数据。如果你不去额外改进它,它就只是存放数据而已,它不会将一个数据节点和另外一个数据节点关联起来。比如建立一个大小为 5 的数组 array:

package mainimport "fmt"func main() {array := [5]int64{}fmt.Println(array)array[0] = 8array[1] = 9array[2] = 7fmt.Println(array)fmt.Println(array[2])
}

我们可以通过下标 0,1,2 来获取数组中的数据,下标 0,1,2 就表示数据的位置,我们也可以把指定位置的数据替换成另外一个数据。

数组这一数据类型,是被编程语言高度抽象封装的结构,下标 会转换成 虚拟内存地址,然后操作系统会自动帮我们进行寻址,这个寻址过程是特别快的,所以往数组的某个下标取一个值和放一个值,时间复杂度都为 O(1)。

它是一种将 虚拟内存地址数据元素 映射起来的内置语法结构,数据和数据之间是挨着,存放在一连续的内存区域,每一个固定大小(8字节)的内存片段都有一个虚拟的地址编号。当然这个虚拟内存不是真正的内存,每个程序启动都会有一个虚拟内存空间来映射真正的内存,这是计算机组成的内容,和数据结构也有点关系,我们会在另外的高级专题讲,这里就不展开了。

数组是数据结构 顺序表 的具体实现。

用数组也可以实现链表,比如定义一个数组 [5]Value,值类型为一个结构体 Value ,该结构体有两个字段: 值 和 下一个节点的下标:

package mainimport "fmt"func ArrayLink() {type Value struct {Data      stringNextIndex int64}var array [5]Value          // 五个节点的数组array[0] = Value{"I", 3}    // 下一个节点的下标为3array[1] = Value{"Army", 4} // 下一个节点的下标为4array[2] = Value{"You", 1}  // 下一个节点的下标为1array[3] = Value{"Love", 2} // 下一个节点的下标为2array[4] = Value{"!", -1}   // -1表示没有下一个节点node := array[0]for {fmt.Println(node.Data)if node.NextIndex == -1 {break}node = array[node.NextIndex]}
}
func main() {ArrayLink()
}

输出结果:

I
Love
You
Army
!

获取某个下标的数据,通过该数据可以知道下一个数据的下标是什么,然后拿出该下标的数据,继续往下做。问题是,有时候需要做删除,移动等各种操作,而数组的大小是固定的,需要大量空间移动,所以某些情况下,数组的效率很低。

数组(顺序表)和链表是两个不同的概念。一个是编程语言提供的基本数据类型,表示一个连续的内存空间,可通过一个索引访问数据。另一个是我们定义的数据结构,通过一个数据节点,可以定位到另一个数据节点,不要求连续的内存空间。

数组的优点是占用空间小,查询快,直接使用索引就可以获取数据元素,缺点是移动和删除数据元素要大量移动空间。

链表的优点是移动和删除数据元素速度快,只要把相关的数据元素重新链接起来,但缺点是占用空间大,查找需要遍历。

很多其他的数据结构都由数组和链表配合实现的。


五、总结

链表 和 数组 可以用来辅助构建各种基本数据结构。

数据结构名字特别多,在以后的计算机生涯中,有些自己造的数据结构,或者不常见的别人造的数据结构,不知道叫什么名字是很正常的。我们只需知道常见的数据结构即可,方便与其他程序员交流。


参考链接

  1. 链表

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