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。
- Head：Head 是一个引用，保存着链表中第一个节点的地址。
- 节点：链表中的项目称为节点。
- 值：链表的每个节点中存储的数据。
- 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。
- 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。
- 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）
- 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。
- 判空：判断一个链表是否为空
- 获取链表长度
- 查找是否包含指定值
- 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
- 头插
- 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 := &Node{data: 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++ }
- 尾插
图解：
函数如下：
func (linkedList *LinkedList) Append(v interface{}) { node := &Node{data: 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
- 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 }
- 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 }
- 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
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 := &Node{data: 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 := &Node{data: 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 { fmt.Println("Index out of bounds") } newNode := &Node{data: 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++ } 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 } 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 } 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 } func main() { linkedList := CreateLinkList() fmt.Println("初始化创建一个链表，是否为空：", linkedList.isNull()) nums := []int{1, 2, 3, 4, 5} for i := range nums { linkedList.Append(nums[i]) } fmt.Println("****************尾部插入[1,2,3,4,5]****************") linkedList.Traverse() fmt.Print("链表的长度为：") fmt.Println(linkedList.Length()) fmt.Println("****************往头部插入6****************") linkedList.InsertHead(6) linkedList.Traverse() fmt.Println("****************第二个位置插入2022****************") linkedList.Insert(2, 2022) linkedList.Traverse() fmt.Println("****************删除最后一个元素****************") last := linkedList.DeleteLast() fmt.Println("删除最后一个元素为：", last) fmt.Println("****************删除第一个元素****************") first := linkedList.DeleteFirst() fmt.Println("删除第一个元素为：", first) fmt.Println("****************删除位置1的元素****************") deleteData := linkedList.Delete(1) fmt.Println("删除位置1的元素为:", deleteData) fmt.Println("****************最后的链表为：") linkedList.Traverse() }
运行这个方法的结果为：
初始化创建一个链表，是否为空： true ****************尾部插入[1,2,3,4,5]**************** 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 链表的长度为：5 ****************往头部插入6**************** 6 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> ****************第二个位置插入2022**************** 6 -> 2022 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> ****************删除最后一个元素**************** 删除最后一个元素为： 5 ****************删除第一个元素**************** 删除第一个元素为： 6 ****************删除位置1的元素**************** 删除位置1的元素为: 2022 ****************最后的链表为： 1 -> 2 -> 3 -> 4 ->
至此，我们把基本操作做完成了，为了避免文章过于繁琐，决定把查找的操作放到链表的相关算法问题中再作说明。