数据结构（链表）JAVA方法的介绍

注意：

1.我们从上图中可以看出链表LinkedList继承于List接口：

如果不懂List接口的朋友们可以先看我上期作品了解一下List接口

数据结构（顺序表）JAVA方法的介绍-CSDN博客

2.本期注重讲解Java中LinkedList链表中个方法的使用：

如果不懂链表（LinkedList）的朋友们可以先看我这前的作品了解一下链表的讲解

数据结构（Linked List链表）_链表列表-CSDN博客

那么正文开始

前言

在 Java 编程中，数据结构是编写高效、可维护代码的基础。而在众多数据结构中，链表（LinkedList）作为一种重要的线性数据结构，常常在需要频繁插入和删除操作的场景中发挥重要作用。与基于数组实现的 ArrayList 相比，链表在执行插入和删除操作时具有明显的性能优势，尤其是在数据量较大的情况下。

Java 的 LinkedList 类是一个常用的双向链表实现，支持 List、Deque 和 Queue 接口，提供了丰富的方法来操作链表元素。无论是在队列、栈的实现，还是在数据需要频繁修改的应用中，链表都能为我们提供更高效的解决方案。

本篇文章将详细介绍 Java 中 LinkedList 类的各种方法，从基础的元素添加、删除，到更高级的操作，如双向遍历和队列/栈功能等，帮助开发者深入理解链表的工作原理和在实际开发中的应用。

通过学习和掌握 LinkedList 提供的丰富 API，您可以在开发中根据不同的需求，选择最合适的数据结构，提高程序的性能和可扩展性。在今天的开发中，链表依然是许多高效算法和系统设计的核心组成部分，理解链表的使用和内部实现机制，对编写高效 Java 程序至关重要。

让我们一起深入探索 LinkedList 的各种方法及其应用，了解如何利用链表实现高效的数据操作。

1. 讲解JAVA链表中的方法

链表（LinkedList）是一个非常重要的线性数据结构，它实现了 List 接口，支持在中间进行高效的插入和删除操作。LinkedList 是基于双向链表的，每个元素（节点）包含指向前一个节点和后一个节点的指针，从而支持双向遍历。

LinkedList 是 Java 集合框架中的一个类，继承自 AbstractSequentialList，实现了 List、Deque 和 Queue 接口。它使用双向链表结构来存储元素，因此在插入和删除元素时，不需要像 ArrayList 那样移动大量元素。

1. 添加元素的方法 (`add`, `offer`, `addFirst`, `addLast`)

1.1 add(E e)
- 功能：将指定元素添加到链表的末尾。
- 返回值：true（总是成功）。
- 示例

1.2 add(int index, E element)

功能：在指定的索引位置插入元素。如果索引大于当前链表的大小，元素会被添加到末尾。
返回值：无。
示例：

1.3 addFirst(E e)

功能：将元素插入到链表的头部（即最前面）。
返回值：无。
示例

1.4 addLast(E e)

功能：将元素添加到链表的尾部（即最后面）。
返回值：无。
示例：

1.5 offer(E e)

功能：将元素插入到链表的末尾。它与 add 方法类似，但通常用于队列操作。offer 在队列已满时返回 false，而 add 会抛出异常。
返回值：true 如果元素成功添加；false 如果添加失败。
示例：

2. 删除元素的方法 (`remove`, `poll`, `removeFirst`, `removeLast`)

2.1 remove(Object o)

功能：删除链表中首次出现的指定元素。如果链表中有多个相同的元素，只会删除第一个匹配的元素。
返回值：如果元素存在，返回 true；否则返回 false。
示例：

2.2. remove(int index)

功能：删除指定索引位置的元素，并返回该元素。
返回值：被删除的元素。
示例：

2.3 removeFirst()

功能：删除链表头部的第一个元素。
返回值：返回被删除的元素。
示例：

2.4 removeLast()

功能：删除链表尾部的最后一个元素。
返回值：返回被删除的元素。
示例：

2.4 poll()

功能：从链表头部删除元素，并返回该元素。如果链表为空，返回 null。
返回值：删除的元素；如果链表为空，返回 null。
示例

2.5 pollFirst()

功能：删除并返回链表头部的第一个元素。如果链表为空，返回 null。
返回值：删除的元素；如果链表为空，返回 null。
示例：

2.6 pollLast()

功能：删除并返回链表尾部的最后一个元素。如果链表为空，返回 null。
返回值：删除的元素；如果链表为空，返回 null。
示例：

3. 访问元素的方法 (`get`, `peek`, `getFirst`, `getLast`)

3.1 get(int index)
- 功能：返回链表中指定索引位置的元素。
- 返回值：指定位置的元素。
- 示例

3.2 peek()

功能：获取链表头部的第一个元素，但不删除它。如果链表为空，返回 null。
返回值：链表头部的元素；如果链表为空，返回 null。
示例：

3.3 peekFirst()

功能：获取链表头部的第一个元素，但不删除它。如果链表为空，返回 null。
返回值：链表头部的元素；如果链表为空，返回 null。
示例

3.4 peekLast()

功能：获取链表尾部的最后一个元素，但不删除它。如果链表为空，返回 null。
返回值：链表尾部的元素；如果链表为空，返回 null。
示例：

3.5 getFirst()

功能：返回链表头部的第一个元素。如果链表为空，抛出 NoSuchElementException 异常。
返回值：链表头部的元素。
示例：

3.6 getLast()

功能：返回链表尾部的最后一个元素。如果链表为空，抛出 NoSuchElementException 异常。
返回值：链表尾部的元素。
示例：

4. 其他常用方法

size()
- 功能：返回链表中元素的数量。
- 返回值：链表中的元素数量。
- 示例：

4.2 clear()

功能：移除链表中的所有元素。
返回值：无。
示例：

4.3 contains(Object o)

功能：判断链表中是否包含指定的元素。
返回值：如果链表包含指定的元素，返回 true；否则返回 false。
示例：

5. 链表转数组

1. toArray()

功能：将链表中的元素转换为一个对象类型的数组（Object[]）。
返回值：返回一个包含链表所有元素的数组。

2. toArray(T[] a)

功能：将链表中的元素转换为指定类型的数组。这个方法需要传入一个类型合适的数组作为参数。链表的元素将会被拷贝到该数组中。如果数组的大小不足，toArray() 会自动创建一个足够大的新数组。
返回值：返回一个包含链表所有元素的指定类型的数组。

示例：

2.链表和顺序表的区别

1. 存储结构

链表：链表是一种由节点组成的线性数据结构，每个节点包含两个部分：
- 数据部分：存储实际的数据。
- 指针部分：指向下一个节点的地址（在双向链表中还会有一个指向前一个节点的指针）。
链表的节点通常分散在内存中，每个节点的地址是不连续的。节点之间通过指针连接在一起。
- 单向链表：每个节点指向下一个节点。
- 双向链表：每个节点不仅指向下一个节点，还指向前一个节点。
- 循环链表：最后一个节点指向头节点，形成一个环。
顺序表（数组）：顺序表是基于数组实现的线性数据结构，所有元素按照顺序连续存储在内存中。每个元素可以通过索引（下标）快速访问。

顺序表在内存中是连续分配的，因此可以通过索引直接访问任意元素。

2. 插入与删除操作

链表：
- 插入：插入操作通常非常高效，尤其是在链表头部或尾部，时间复杂度是 O(1)（不需要移动元素）。在链表中间插入时，仍然是 O(1)，但需要先找到目标位置（遍历链表），因此实际时间复杂度为 O(n)。
- 删除：删除操作同样很高效，删除链表的头部或尾部元素只需要 O(1) 时间，但删除中间节点时同样需要 O(n) 时间来定位该节点。
顺序表（数组）：
- 插入：插入操作的时间复杂度为 O(n)，因为在数组中插入一个新元素时，可能需要移动后面的所有元素以腾出空间（尤其是在数组中间插入）。插入到数组的末尾是 O(1)，但这只能在数组大小允许的情况下。
- 删除：删除操作也需要移动元素，删除一个元素后，后面的所有元素需要向前移动，时间复杂度为 O(n)。如果删除的是最后一个元素，则可以 O(1) 删除。

3. 随机访问

链表：链表不支持快速随机访问。要访问链表的某个元素，必须从头节点或尾节点开始，逐个遍历节点，时间复杂度为 O(n)。
顺序表（数组）：顺序表提供快速的随机访问，通过元素的索引可以在 O(1) 时间内访问任意位置的元素。

4. 内存空间

链表：链表需要额外的内存空间来存储指针（或引用），每个节点除了存储数据外，还需要存储一个或两个指针（在双向链表中）。这使得链表的内存开销比顺序表大。
顺序表（数组）：顺序表的内存是连续的，不需要额外存储指针，因此相对于链表而言，其内存开销较小。只是需要确保数组大小足够容纳所有元素，否则需要进行扩容（通常是数组大小的两倍）。

5. 空间分配与扩展

链表：链表的节点在内存中是动态分配的，因此链表可以灵活地扩展和收缩，无需预分配固定大小的内存。
顺序表（数组）：顺序表的内存是静态分配的，在创建时必须指定大小。如果元素个数超过数组的容量，就需要进行扩容。扩容通常是通过创建一个更大的数组并将原有元素复制到新数组中，这个过程是耗时的，时间复杂度是 O(n)。

6. 性能对比

操作	链表（`LinkedList`）	顺序表（`ArrayList`）
插入操作	在头部/尾部 O(1)，中间 O(n)	在末尾 O(1)，中间 O(n)
删除操作	在头部/尾部 O(1)，中间 O(n)	在末尾 O(1)，中间 O(n)
访问操作	O(n)（需要遍历）	O(1)（直接通过索引访问）
空间效率	存储指针，较高的内存开销	存储数据，无指针开销
内存分配	动态分配，每个节点独立分配	静态分配，需要扩容
适用场景	频繁插入/删除的场景（队列/栈）	频繁随机访问的场景

7. 应用场景对比

链表的优势：
- 频繁插入和删除：链表在插入和删除元素时具有 O(1) 的时间复杂度，尤其是在链表头部或尾部，因此适合用于需要频繁插入和删除的场景（如队列、栈等）。
- 动态变化的元素：链表在内存中不需要连续存储，因此在不知道数据大小的情况下，链表可以根据需要动态调整大小。
顺序表（数组）的优势：
- 快速随机访问：顺序表提供 O(1) 的随机访问能力，适合需要频繁访问任意位置数据的场景。
- 空间效率：顺序表比链表的内存开销小，没有额外的指针存储空间，适合数据量较大且不需要频繁插入/删除操作的场景。

8. 总结

链表：
- 适合频繁插入和删除操作的场景。
- 不适合频繁的随机访问。
- 内存开销相对较大（需要存储指针）。
- 适用于队列、栈等需要动态增长的应用场景。
顺序表（数组）：
- 适合需要频繁随机访问元素的场景。
- 插入和删除操作性能较差，尤其是中间插入/删除。
- 内存开销较小，但需要在扩容时进行操作。
- 适用于需要快速随机访问、存储大量数据的场景（如查找、排序等）。