要存储多个元素,数组(或列表)可能是最常用的数据结构。正如本书之前提到过的,每种语言都实现了数组。这种数据结构非常方便,提供了一个便利的语法来访问它的元素。然而,这种数据结构有一个缺点:(在大多数语言中)数组的大小是固定的,从数组的起点或中间插入或移除项的成本很高,因为需要移动元素(尽管我们已经学过的JavaScript的
array
类方法可以帮我们做这些事,但背后的情况同样是这样)。
链表存储有序的元素集合,但不同于数组,链表中的元素在内存中并不是连续放置的。每个元素由一个存储元素本身的节点和一个指向下一个元素的引用(也称指针或链接)组成。下图展示了一个链表的结构:
相对于传统的数组,链表的一个好处在于,添加或移除元素的时候不需要移动其他元素。然而,链表需要使用指针,因此实现链表时需要额外注意。数组的另一个细节是可以直接访问任何位置的任何元素,而要想访问链表中间的一个元素,需要从起点(表头)开始迭代列表直到找到所需的元素。
现实中也有一些链表的例子。第一个例子就是康加舞队。每个人是一个元素,手就是链向下一个人的指针。可以向队列中增加人——只需要找到想加入的点,断开连接,插入一个人,再重新连接起来。
另一个例子是寻宝游戏。你有一条线索,这条线索是指向寻找下一条线索的地点的指针。你顺着这条链接去下一个地点,得到另一条指向再下一处的线索。得到列表中间的线索的唯一办法,就是从起点(第一条线索)顺着列表寻找。
还有一个可能是用来说明链表的最流行的例子,那就是火车。一列火车是由一系列车厢(也称车皮)组成的。每节车厢或车皮都相互连接。你很容易分离一节车皮,改变它的位置,添加或移除它。下图演示了一列火车。每节车皮都是列表的元素,车皮间的连接就是指针:
在这一章,我们会介绍链表和双向链表。但还是先从最简单的数据结构开始吧。