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跟着动画学习 GO 数据结构之 Go 链表

IT知识学习数据结构结构

风流不在谈锋胜，袖手无言味最长。这篇文章主要讲述跟着动画学习 GO 数据结构之 Go 链表相关的知识，希望能为你提供帮助。
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：数据域和指针域。

  • 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。

节点的 UML 图如下：

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??。

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。

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：

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。

  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。

  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

  1. 中间插入
图解：

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：

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：

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

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：

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：

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【跟着动画学习 GO 数据结构之 Go 链表】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
sizeint// 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

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