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
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。下一篇文章见！
