一、線性表綜述

本篇博客我們主要介紹的是邏輯結構中的線性表，也就是線性結構。線性結構的特點就好比一串珠子，其特點是第一個節(jié)點只有一個后繼，沒有前驅，最后一個節(jié)點是只有一個前驅，沒有后繼。而其余的節(jié)點只有一個前驅和一個后繼。說罷了線性表就是一串。下方這個圖就是線性表的示例圖。中間藍色的節(jié)點前方的是就是改點對應的前驅，后邊就是改點對應的后繼。從下方可以明確看出head沒有前驅只有后繼，而tail只有前驅沒有后繼。

上面這個是線性表的邏輯結構，接下來我們來聊一下線性表的物理結構，也就是存儲結構。線性表的物理結構可分為順序存儲結構和鏈式存儲結構。順序存儲結構之所以稱之為順序存儲結構因為每個線性表中節(jié)點的內存地址是連續(xù)的，而鏈式存儲結構中線性表的節(jié)點的內存地址可以是不連續(xù)的。這也就是在C語言實現(xiàn)順序存儲線性表時先Malloc一塊連續(xù)的區(qū)域，然后用來順序的存儲線性表。而鏈表中就可以不是連續(xù)的了，前驅與后繼間的關系由指針連接。

下方這個指示圖中，上面這個就是鏈式存儲，下方這個就是順序存儲?？梢婃準酱鎯κ怯兄羔樣虻?，也就是前驅和后繼的關系有指針來鏈接。下方這個鏈式存儲就是單向鏈表，因為只有前驅到后繼的指針，而沒有后繼到前驅的指針。關于雙向鏈表下方會具體給出詳細的說明。而下面第二個圖就是順序存儲，前驅與后繼的關系是由緊挨的內存地址所關聯(lián)。

上面這兩種存儲方式我們可以換另一種更為形象的方式來進行說明，如下所示。順序存儲的內存區(qū)塊的內存地址是緊挨的，線性關系有相鄰的內存地址所保存。當然下方我們是模擬的內存地址，就使用了0x1， 0x2等等來模擬。而鏈式存儲的線性表，在物理存儲結構中是不相鄰的，僅僅靠內存地址無法去維持這種線性關系。所以就需要一個指針域來指向后繼或者前驅節(jié)點的內存地址，從而將節(jié)點之間進行關聯(lián)。在單向鏈式存儲中，一個節(jié)點不僅僅需要存儲數(shù)據(jù)，而且還要存儲該節(jié)點下一個節(jié)點的內存地址，以便保持這種線性關系。具體請看下圖。

原理性質的東西先就聊這么多，下面我們會給出具體實現(xiàn)。主要包括線性表的順序存儲及其操作，以及線性表的單鏈以及雙鏈存儲及其操作。下方的實例依然采用Swift面向對象語言實現(xiàn)，思想理解后，用什么語言都是可以的呢。

二、線性表的順序存儲

關于線性表的順序存儲，我們就使用NSMutableArray來實現(xiàn)，也就是使用OC中的可變數(shù)組類型來實現(xiàn)。我們就假設其存儲的內存地址是連續(xù)的，當然數(shù)組中存儲對象時要復雜得多，我們暫且假設其中的地址是連續(xù)的。下方的list就是我們的順序線性表，count存儲的是已經(jīng)存入到線性表中的元素個數(shù)，而capacity則是記錄線性表整個容量的大小。當然上述三個屬性都是private的，而下方的計算屬性length是internal類型的，供外界訪問，返回線性表元素的個數(shù)。

下方是整體結構，我們下方會給出線性表具體的關鍵操作，并分析其時間復雜度。

1.往順序線性表中插入數(shù)據(jù)

有時候我們會給據(jù)特定的算法往線性表中指定的位置插入數(shù)據(jù)，比如我們常見的插入排序算法，如果你的數(shù)據(jù)是順序存儲的話，那么就需要將數(shù)據(jù)插入到順序表中。接下來我們就將數(shù)據(jù)插入到指定的位置。

下方該圖中是往順序表中插入一個元素的原理圖。在下圖中，我們往AB與CD之間插入一個M。在插入M之前我們需要做的事情就是將CD整體往后移動一個位置，為M騰出一個位置，然后再將M這個元素進行插入。

順序表的插入還是比較簡單的，也是非常好理解的，那么用代碼實現(xiàn)起來也是用不了幾行代碼的。下方截圖就是是順序線性表的元素插入的具體實現(xiàn)的代碼。首先檢查index的合法性，檢查index是否在合理范圍內，然后將index后的元素依次往后移動，然后將元素插入即可。

2. 順序線性表的元素移除

上面介紹完元素的插入后，接下來要聊一下元素的移除。也就是移除指定索引中的元素。該過程恰好與上述插入的過程相反，上述在插入之前是相應的元素往后移，騰出index位置。而移除特定索引的元素時，是相應的元素左移，覆蓋掉要刪除的元素，然后將最后一個元素進行移除掉。下方的原理圖對此過程進行了說明。

該部分比較簡單，下方的代碼段就是將指定索引的元素進行移除。在線性表的順序存儲中，前驅和后繼的關系由內存地址的先后順序所關聯(lián)，所以插入和刪除元素會相對麻煩一些，而查找和修改元素就比較簡單了，直接由index可以找到相應的元素，再次就不做過多贅述了。github上所分享的Demo中會有完整示例。

三、線性表的單鏈存儲

介紹完線性表的順序存儲，接下來我們來介紹線性表的鏈式存儲。當然，本部分是對單向鏈表的介紹，下部分將會對雙向鏈表的介紹。下方截圖就是我們單向鏈表相關示例的運行結果，首先我們先正向的創(chuàng)建鏈表，也就是后來的元素插入到鏈表的后方。然后在給出逆向創(chuàng)建鏈表，與正向創(chuàng)建鏈表相反，后來的元素摻入到頭結點的后方。創(chuàng)建鏈表完畢后，我們會給出鏈表元素的插入和移除的解決方案。

1.單向鏈表的創(chuàng)建

在鏈表創(chuàng)建之前，我們得先創(chuàng)建節(jié)點的類，因為鏈表是多個節(jié)點的連接。下方這個OneDirectionLinkListNote類就是單向鏈表的節(jié)點類。其中的data屬性存儲的是該節(jié)點所存儲的數(shù)據(jù)，而變量next就是指向下一個節(jié)點的指針，鏈表中節(jié)點間的關系由next指針所關聯(lián)。init和deinit就是該類的構造和析構函數(shù)了，就不做過多贅述了。

2.鏈表協(xié)議的創(chuàng)建

在創(chuàng)建鏈表之前，我們可以先創(chuàng)建一個鏈表協(xié)議ListProtocalType。在ListProtocalType協(xié)議中定義了鏈表所必須的方法，無論是單向鏈表還是雙向鏈表都要遵循該協(xié)議。其實這就是“面向接口”的體現(xiàn)。單向鏈表與雙向鏈表都遵循了這協(xié)議，那么說明這兩種鏈表對外的接口是一致的，這樣便于程序的維護，這也是面向接口編程的好處。下方就是我們事先定義好的ListProtocalType協(xié)議的部分內容。

下方協(xié)議中只給出了方法的定義，未給出具體實現(xiàn)。所有鏈表都要遵循該協(xié)議，ListProtocalType中定義了鏈表結構所必須的方法?？梢哉f下方這個協(xié)議就是鏈表的大綱。

3.單向鏈表的構建

下方就是我們單向鏈表類的屬性和構造函數(shù)。headNote就是我們鏈表的頭結點，而tailNote是我們鏈表的尾結點。length就是我們鏈表的長度，也就是我們鏈表中元素的個數(shù)。一個空鏈表中tailNote = headNote。

下方我們將會介紹鏈表的正向創(chuàng)建和逆向創(chuàng)建。 下方這個截圖中就是正向創(chuàng)建鏈表，其實就是將新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)往鏈表的尾部插入，然后更新一下tail的位置即可。關鍵步驟就兩步，第一步是tail-》next = newNode，第二步是tail = newNode。插入步驟如下所示：

上面這個示意圖是往鏈表的后方添加元素，接下來是往鏈表的頭部插入元素。該過程也是由關鍵的兩步組成，第一步就是newNode-》next = head-》next，第二步是head-》next = newNode。經(jīng)過這兩步我們就可以把元素插入到頭結點的后方了。

下方這段代碼是正向創(chuàng)建鏈表的具體代碼，就是一直往鏈表的尾部插入元素。逆向創(chuàng)建鏈表的代碼就不往上粘貼了，與下方代碼類似，github上會進行完整實例的分享。上面雖然是往頭結點和尾部結點的插入，但是原理是適用于往兩邊中間插入元素的，在此就不做過多贅述了。

4.單向鏈表元素的移除

上面我們聊完元素的插入，接下來我們要聊一下元素的移除。要想移除單向鏈表中的一個元素，首先我們得找到被移除結點的前驅的位置，比如是pre。當前移除的元素是remove，讓我我們讓pre-》next = remove-》next， 然后再執(zhí)行remove-》next = nil。經(jīng)過上面這些步驟，remove這個結點就與鏈表脫離關系了。示意圖如下所示。

根據(jù)上述的示意圖，我們就可以給出具體的代碼實現(xiàn)了。單向鏈表的核心操作就介紹完了，其他更多細節(jié)請參考在github上分享的源代碼，因為篇幅有限，關于單向鏈表的更多細節(jié)就不做過多贅述了。

四、雙向鏈表

如果你對單向鏈表已經(jīng)理解的話，那么理解雙向鏈表來說并非難事。雙向鏈表與單向鏈表相比多了一個指向前驅的節(jié)點。我們暫且稱為將指向前驅的節(jié)點命名我pre指針。下方這個示意圖就是雙向鏈表的示意圖，與單向鏈表相比，多了一個指向前驅的指針域。如下所示。接下來將會給出雙向鏈表的插入和移除。

1.雙向鏈表元素的插入

雙向鏈表的插入要比單向鏈表的插入要復雜一些，不過也是蠻好理解的。下方示意圖中就是往節(jié)點A后方插入一個節(jié)點D。主要分為四個步驟，第一步是將D節(jié)點的next指針指向A節(jié)點next指針指向的節(jié)點，也就是D-》next = A-》next。第二步是將D節(jié)點的pre指針指向A節(jié)點，也就是D-》pre = A。第三步是將A的next指針指向D，也就是A-》next = D。最后將D節(jié)點的下一個節(jié)點的pre指針指向D，也就是D-》next-》pre = D。經(jīng)過這幾步，我們就可以將節(jié)點D插入到A與B的中間。當然這個順序不是一定的，只要能保證鏈的正確關聯(lián)即可。

下方是上述元素插入的核心代碼，如下所示。主要將newItem節(jié)點，插入到cursor節(jié)點后方。

2.雙向鏈表元素的刪除

雙向鏈表因為比單向鏈表多一個前驅指針域，所以元素的刪除要麻煩一下，不過還是比較好理解的。下方這個截圖就是刪除B節(jié)點的示意圖。首先將B節(jié)點前驅節(jié)點的next指針域指向B節(jié)點的后繼，也就是B-》pre-》next = B-》next。 然后將B節(jié)點的后繼節(jié)點的前驅指針指向B的前驅節(jié)點，對應著B-》next-pre = B-》pre。最后將B的next和pre指針域置為nil。如下所示：

下方代碼段就是雙向鏈表移除節(jié)點的具體實現(xiàn)，如下所示。至于鏈表的遍歷等其他操作在此就不做過多的贅述了，具體內容請看github上分享的源代碼。

五、面向接口編程的優(yōu)點

在上述我們實現(xiàn)兩種鏈表時，我們先定義了一個鏈表協(xié)議ListProtocalType。無論是雙向鏈表還是單向鏈表都遵循這個協(xié)議，也就是說，該協(xié)議就是鏈表對外統(tǒng)一的接口，該協(xié)議就是操作鏈表的一個規(guī)范。下方的testLinkedList（）就是我們鏈表的測試方法，該函數(shù)的參數(shù)是遵循ListProtocalType協(xié)議的所有類的對象。也就是說只要遵循了ListProtocalType這個協(xié)議的類的對象，都可以作為該函數(shù)的參數(shù)。至于具體操作，那么不同的類會給出不同的操作的。

在調用該函數(shù)時，第一個傳入的是單向鏈表的類的對象，第二個是雙向鏈表的類的對象。雖然都是執(zhí)行同一個方法，但是因為傳入的類的對象不同，所以執(zhí)行的結果顯然是不同的。這也就是利用了面向對象的多態(tài)性，在之前設計模式系列的博客中介紹過，下方這種與策略模式類似。

責任編輯人：CC?