探析链表和数组的性能battle：以链表实现数组为例

2023-09-14 20:39:20

纵观线性的数据结构，链表可谓是重头戏之一。本篇我们将从底层着手，构建一个链表，并利用它"山寨"出一个数组，实现一应俱全的数组API，而后对两者的性能展开对垒，以便更透彻地剖析链表这种数据结构的特性，同时明确学习这种数据结构的意义。在未来的某天，身处实际开发中，当我们习惯性地使用数组时，一些场景的出现，或许会…

链表vs数组：从底层理解数据结构的本质差异

说到数组，相信大家都很熟悉。它是一种线性的数据结构，具有固定大小和连续内存分配的特点。换句话说，数组中的元素都整齐地排列在内存中，彼此紧密相连。这种特性使数组具有快速检索和更新元素的优点，但同时，它也存在着一些局限性，比如：

数组的大小是固定的，一旦确定就无法更改。
插入或删除元素可能会导致数组元素的重新分配，从而降低性能。
数组无法有效地处理稀疏数据，即存在大量空元素的情况。

与数组不同，链表是一种动态的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据元素和指向下一个节点的指针。链表的节点可以存储在内存的任意位置，因此它可以有效地处理稀疏数据，并且可以根据需要动态地增加或删除元素，而不会影响其他元素的位置。

链表实现数组：探索链表的独特魅力

为了更深入地理解链表和数组之间的区别，我们将使用链表来模拟数组。首先，我们定义一个链表节点的类：

class Node<T> {
    T data;
    Node<T> next;

    public Node(T data) {
        this.data = data;
    }
}

接下来，我们定义一个链表类，它将包含链表中所有节点的引用：

class LinkedList<T> {
    Node<T> head;
    Node<T> tail;
    int size;

    public void add(T data) {
        Node<T> newNode = new Node<>(data);
        if (head == null) {
            head = tail = newNode;
        } else {
            tail.next = newNode;
            tail = newNode;
        }
        size++;
    }

    public T get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }

        Node<T> current = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            current = current.next;
        }
        return current.data;
    }

    public void set(int index, T data) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }

        Node<T> current = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            current = current.next;
        }
        current.data = data;
    }

    public void remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        }

        if (index == 0) {
            head = head.next;
            if (head == null) {
                tail = null;
            }
        } else {
            Node<T> current = head;
            for (int i = 0; i < index - 1; i++) {
                current = current.next;
            }
            current.next = current.next.next;
            if (current.next == null) {
                tail = current;
            }
        }
        size--;
    }

    public int size() {
        return size;
    }
}