为什么有人想要使用链表而不是数组?

毫无疑问,编码一个链表比使用数组要多一些工作,人们可能会想知道如何才能证明这些额外的工作是合理的。

我认为在链表中插入新元素是微不足道的,但在数组中这是一个主要的任务。与将数据存储在数组中相比,使用链表存储一组数据还有其他优点吗?

这个问题不是这个问题的重复,因为另一个问题是专门问一个特定的Java类,而这个问题是关于一般数据结构的。


当前回答

合并两个链表(特别是两个双链表)比合并两个数组快得多(假设合并是破坏性的)。前者取O(1),后者取O(n)。

编辑:澄清一下,我在这里指的是无序意义上的“合并”,而不是归并排序。也许"串联"这个词更合适。

其他回答

我将添加另一个-列表可以充当纯函数式数据结构。

例如,您可以让完全不同的列表共享相同的结束部分

a = (1 2 3 4, ....)
b = (4 3 2 1 1 2 3 4 ...)
c = (3 4 ...)

例如:

b = 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> a
c = a.next.next  

不需要把a指向的数据复制到b和c中。

这就是为什么它们在函数式语言中如此受欢迎的原因,函数式语言使用不可变变量——前置和尾部操作可以自由发生,而无需复制原始数据——当您将数据视为不可变时,这是非常重要的特性。

另一个很好的原因是链表非常适合高效的多线程实现。这样做的原因是,更改往往是局部的——只影响数据结构局部部分的插入和删除的一两个指针。所以,你可以让多个线程在同一个链表上工作。更重要的是,可以使用cas类型的操作创建无锁版本,并完全避免沉重的锁。

使用链表,迭代器还可以在进行修改时遍历列表。在修改没有冲突的乐观情况下,迭代器可以在没有争用的情况下继续。

对于数组,任何修改数组大小的更改都可能需要锁定数组的很大一部分,事实上,这是在整个数组上没有全局锁的情况下完成的,因此修改会停止全局事务。

假设您有一个有序集,您还想通过添加和删除元素来修改它。此外,您需要能够以这样的方式保留对元素的引用,以便稍后可以获得前一个或下一个元素。例如,一本书中的待办事项列表或一组段落。

首先,我们应该注意到,如果您想在集合本身之外保留对对象的引用,那么您可能最终会将指针存储在数组中,而不是存储对象本身。否则你将无法插入到数组中-如果对象嵌入到数组中,它们将在插入期间移动,并且任何指向它们的指针都将无效。数组下标也是如此。

您的第一个问题,正如您自己所注意到的,是插入链表允许插入O(1),但数组通常需要O(n)。这个问题可以部分克服——可以创建一种数据结构,提供类似数组的按顺序访问接口,其中读和写在最坏的情况下都是对数的。

Your second, and more severe problem is that given an element finding next element is O(n). If the set was not modified you could retain the index of the element as the reference instead of the pointer thus making find-next an O(1) operation, but as it is all you have is a pointer to the object itself and no way to determine its current index in the array other than by scanning the entire "array". This is an insurmountable problem for arrays - even if you can optimized insertions, there is nothing you can do to optimize find-next type operation.

数组和链表之间的区别在于,数组是基于索引的数据结构,每个元素都与一个索引相关联,而链表是使用引用的数据结构,每个节点都被引用到另一个节点。在数组大小是固定的,而在链表大小是不固定的。

除了在列表中间进行添加和删除之外,我更喜欢链表,因为它们可以动态地增长和收缩。