跟着动画学习 GO 数据结构之 Go 链表

Posted 宇宙之一粟

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了跟着动画学习 GO 数据结构之 Go 链表相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

介绍

我们知道 Go 的数组和切片非常方便对数据进行访问,但是假如我们有一个长度为 5 的数组 ​​[1, 2, 3, 4, 5]​​,想要往其中 3 和 4 之间插入一个元素 6,就往往不是非常容易了。为啥呢?

一般解决的方法是首先创建一个长度大于 5 的新数组,因为这个数组的长度首先要能存储旧数组的数组,同时能有多余的位置存储新增加的元素 6。

这其中有个操作会很费时,就是复制操作:需要把原来数组中的数据复制到新的内存空间。

因此,我们有一个更合适的数据结构叫做链表

链表

链表由一系列节点构成,每个节点就是一个记录。链表是一种递归的数据结构,它要么为空(null),或者是指向一个节点的引用,英文叫 Linked List。通常由许多的元素构成,这些元素也叫节点(node),节点由两部分构成:数据域指针域

  • 数据域:数据域用来存储数据,可以存储基本数据类型如整型,也可以存储其他复杂数据类型。
  • 指针域:指针域部分用来存储链表中下一个元素的地址。

跟着动画学习

节点的 UML 图如下:

跟着动画学习

节点的代码表示:

type Node struct 
data int
next *Node

链表的类型

链表有很多种类型,其主要的区别是节点引用方式的区别:单向、双向、首尾连接。

单链表

单链表就是单向的,

每一个节点都有一个指向下一个节点的引用,除了最后一个节点。节点的引用部分包含下一个节点的地址。 最后一个节点的引用部分包含值 ​​null​​。

跟着动画学习

双链表

双链表是双向的,双链表中的节点同时引用了链表中的上一个和下一个节点。

跟着动画学习

现实生活中一个双链表的地址就是我们的地铁的某条线路,每条线路都有一个来回,而每一个站点就是一个节点:

跟着动画学习

环形链表

这种类型类似于单向链表,只是最后一个元素引用了链表的第一个节点。 最后一个节点的链接部分包含第一个节点的地址。

跟着动画学习

  1. Head:Head 是一个引用,保存着链表中第一个节点的地址。
  2. 节点:链表中的项目称为节点。
  3. 值:链表的每个节点中存储的数据。
  4. 引用:节点的链接部分用于存储其他节点的引用。我们将使用“next”和“prev”来存储下一个或上一个节点的地址。

单链表的操作

链表的操作也不外乎于增删改查,再加上一些特定的操作。链表是一种动态的数据结构,数据结构栈和队列都可以用链表实现的。链表的创建、添加和删除操作很容易;当元素被动态添加时,会消耗更多的内存,因为动态数据结构并不固定。

跟着动画学习

  1. 遍历:像数据那样随机检索在单链表中是不可能的,因为需要遍历节点来寻找一个定位的节点。
  2. 增加:插入单链表可以在列表的开头或结尾,以及指定节点之后。(头插、尾插、指定位置插入)
  3. 删除:删除可以发生在列表的开始或结束处,以及在一个指定的节点之后。
  4. 判空:判断一个链表是否为空
  5. 获取链表长度
  6. 查找是否包含指定值
  7. 反转:面试高频题

创建单链表

定义链表的结构体:

链表的节点包含一个指向下一个节点的指针,每一个节点都保存一个数据域。

通常的做法是把数据域定义为接口 ​​interface​​:

type Node struct 
data interface // 数据域: 链表不要求全为相同的类型,所以利用一个接口在存储数据
next *Node // 指针域:指向下一个节点

链表通常由头节点(指向第一个节点的指针)和它的长度组成。长度域 ​​size​​ 存储了链表的长度,头结点 ​​headNode​​ 存储了链表头结点或者第一个节点(首元节点)的内存地址:

// define a ListNode in a singly linked list
type LinkedList struct
headNode *Node // 头节点
size int // 存储链表的长度

创建一个单链表:

func CreateLinkList() *LinkedList 
// 创建一个空的头节点
node := new(Node)
l := new(LinkedList)
l.headNode = node
return l

链表的长度

// 返回链表的长度
func (linkedList *LinkedList) Length() int
return linkedList.Count()


func (linkedList *LinkedList) Count() int
size := 0
currNode := linkedList.headNode
for currNode != nil
size++
currNode = currNode.next

return size


链表判空

func (linkedList *LinkedList) isNull() bool 
return linkedList.size == 0

插入元素

  1. 头插

跟着动画学习

  1. 中间插入

图解:

跟着动画学习

函数如下:

// Insert adds an item at position i
func (linkedList *LinkedList) Insert(pos int, v interface)
// 先检查待插入的位置是否正确
if pos < 1 || pos > linkedList.size+1
fmt.Println("Index out of bounds")

newNode := &Nodedata: v
var prev, current *Node
prev = nil
current = linkedList.headNode
for pos > 1
prev = current
current = current.next
pos = pos - 1

if prev != nil
prev.next = newNode
newNode.next = current
else
newNode.next = current
linkedList.headNode = newNode

linkedList.size++

  1. 尾插

图解:

跟着动画学习

函数如下:

func (linkedList *LinkedList) Append(v interface) 
node := &Nodedata: v
if linkedList.isNull()
linkedList.headNode = node
else
currNode := linkedList.headNode
for currNode.next != nil
currNode = currNode.next

currNode.next = node

linkedList.size++

遍历元素

假设 ​​head​​ 指针指向链表的第一个节点,为了遍历整个链表,我们需要进行如下几步操作:

  • 跟随每个指针
  • 随着每次遍历,记录下每个节点的数据(或者 count 计数)
  • 当最后一个指针为空 nil时,停止遍历

图解如下

跟着动画学习

函数如下:

func (linkedList *LinkedList) Traverse() 
if linkedList.isNull()
fmt.Println("The LinkedList is empty")

currNode := linkedList.headNode
for currNode != nil
fmt.Printf("%v -> ", currNode.data)
currNode = currNode.next

fmt.Println()

删除元素

  1. 头部删除

图解

跟着动画学习

函数如下:

func (linkedList *LinkedList) DeleteFirst() interface 
if linkedList.isNull()
fmt.Println("deleteFirst: List is empty")

data := linkedList.headNode.data
linkedList.headNode = linkedList.headNode.next
linkedList.size--
return data

  1. 中间删除

图解:

跟着动画学习

函数如下:

func (linkedList *LinkedList) Delete(pos int) interface 

if pos < 1 || pos > linkedList.size+1
fmt.Println("delete: Index out of bounds")

var prev, current *Node
prev = nil
current = linkedList.headNode
p := 0
if pos == 1
linkedList.headNode = linkedList.headNode.next
else
for p != pos-1
p = p + 1
prev = current
current = current.next

if current != nil
prev.next = current.next


linkedList.size--
return current.data

  1. 尾部删除

图解:

跟着动画学习

函数如下:

func (linkedList *LinkedList) DeleteLast() interface 
if linkedList.isNull()
fmt.Println("deleteLast: List is empty")


var prev *Node
current := linkedList.headNode
for current.next != nil
prev = current
current = current.next

if prev != nil
prev.next = nil
else
linkedList.headNode = nil

linkedList.size--
return current.data

总结

好了有了上述函数,我们可以汇总到一起来检验我们的函数是否正确,创建一个 ​​main.go​​ 文件:

package main

import "fmt"

type Node struct
data interface
next *Node


type LinkedList struct
headNode *Node // 头节点
size int // 存储链表的长度


func CreateLinkList() *LinkedList
// 创建一个空的头节点
node := new(Node)
l := new(LinkedList)
l.headNode = node
return l


// 返回链表的长度
func (linkedList *LinkedList) Length() int
return linkedList.Count()


func (linkedList *LinkedList) Count() int
size := 0
currNode := linkedList.headNode
for currNode != nil
size++
currNode = currNode.next

return size


func (linkedList *LinkedList) isNull() bool
return linkedList.size == 0


func (linkedList *LinkedList) Traverse()
if linkedList.isNull()
fmt.Println("The LinkedList is empty")

currNode := linkedList.headNode
for currNode != nil
fmt.Printf("%v -> ", currNode.data)
currNode = currNode.next

fmt.Println()
return


func (linkedList *LinkedList) InsertHead(v interface)
node := &Nodedata: v
if linkedList.isNull()
linkedList.headNode = node
linkedList.size++
return
else
node.next = linkedList.headNode
linkedList.headNode = node

linkedList.size++
return


func (linkedList *LinkedList) Append(v interface)
node := &Nodedata: v
if linkedList.isNull()
linkedList.headNode = node
else
currNode := linkedList.headNode
for currNode.next != nil
currNode = currNode.next

currNode.next = node

linkedList.size++


// Insert adds an item at position i
func (linkedList *LinkedList) Insert(pos int, v interface)
// 先检查待插入的位置是否正确
if pos < 1 || pos > linkedList.size+1
跟着动画学 Go 数据结构之 Go 实现栈#私藏项目实操分享#

跟着动画学 Go 数据结构之二叉树

跟着动画学Go数据结构之冒泡排序 #私藏项目实操分享#

跟着动画学Go数据结构之插入排序 #私藏项目实操分享#

跟着动画学Go数据结构之选择排序 #私藏项目实操分享#

Go数据结构之链表