大家好，我是小風哥，這是一篇首發(fā)于2021年9月的、為數(shù)不多關于數(shù)據(jù)結構與算法的文章，當時本來想寫一個系列，但因為種種原因擱置了，有時選擇太多未必會更好，一年做三件事和三年做一件事的效果肯定不同，話不多說，以下是正文。

鏈表是計算機科學中極其經(jīng)典的一種數(shù)據(jù)結構，那么作為程序員我們該怎樣理解鏈表呢？

貨車 VS 火車

作為兩大運輸工具，貨車以及火車想必大家都很熟悉，但你想沒想過這兩者的區(qū)別？

我們首先來看貨車。

對于貨車的話，如果有一堆貨物想用貨車來運輸，那么你首先要考慮的是什么呢？

答案顯而易見，載重。因為貨車的載重是有限的，不可變的，你沒辦法把貨車拆了臨時裝上一截，如果貨物的重量是10噸，那么想用貨車運輸則必須找一個載重不小于10噸的車，否則你沒有辦法拉走。

假設你現(xiàn)在選好一輛貨車，但不巧的是，當你把東西都裝到車上以后發(fā)現(xiàn)客戶又額外追加一些訂單，因此還有一些貨物需要一并運走，但由于貨車的載重有限，這時你該怎么辦呢？

沒有辦法，你不得不重新去找一輛載重更多的貨車，我們假設載重更大的車為B車，原來的車為A車，這是你需要把A車的貨物搬運到B車，然后再把剩下的裝到B車上拉走。

接著我們再來看火車。

對于火車的話就很有趣了，與貨車不同的是，對于火車來說你不需要考慮載重的問題，你可以認為火車的載重是無限的，如果有更多貨物要運輸該怎么辦呢？很簡單，找更多車廂過來掛接到火車上就可以了，你根本就不需要像貨車那樣很麻煩的需要把A車的貨物搬運到B車。

這就是火車的妙用。

現(xiàn)在你應該看出來了嗎，貨車就好比數(shù)組，火車就好比鏈表。

數(shù)據(jù)結構與語言無關

注意這里說的數(shù)組以及鏈表特指用來組織數(shù)據(jù)的結構，與任何語言無關，你可以在C/C++中使用數(shù)組或鏈表，當然也可以在Java、Python等語言中使用數(shù)組或者鏈表。

記住，數(shù)據(jù)結構是一種組織數(shù)據(jù)的方式，和語言無關。

無論你用什么語言來使用數(shù)組或者鏈表，其在底層的表示都是一樣的，不同點僅僅在于外觀，也就是你看到的那層抽象。

在C語言中可能需要你自己用指針來等來實現(xiàn)鏈表、C++是使用相關容器、在Java、Python等語言中可能只需要使用語言自帶的鏈表就好了，這就是所謂的外觀，而之所以外觀不同在于抽象層次有高低之分，C/C++抽象層次更低一些，因此你能看到更多細節(jié)，而Java、Python等抽象層次更高一點因此你只能知道一個叫做鏈表的東西，拿過來用就好。

但抽象并不是魔法，總要有人來實現(xiàn)細節(jié)，要想真正理解鏈表，你需要知道其底層的實現(xiàn)，數(shù)據(jù)結構，數(shù)據(jù)結構，既然是組織數(shù)據(jù)的結構，那么數(shù)據(jù)存放在哪里呢？

很顯然，內存，數(shù)據(jù)結構在這一層級就和語言無關了，因此你能更清楚的看到本質。

接下來我們看看數(shù)組以及鏈表在內存中是怎么表示的。

內存，最重要的是內存

首先我們來看數(shù)組，假設你要裝載的貨物是16個字節(jié)，那么如果你想用數(shù)組來裝載數(shù)據(jù)的話該怎么辦呢？

很顯然，你需要從內存中申請16個字節(jié)，而且是連續(xù)的字節(jié)，就像卡車一樣，一上來容量就固定了。

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這里一個小方格代表4字節(jié)。

這時如果你想在容量16個字節(jié)的數(shù)組中再裝入8字節(jié)數(shù)據(jù)該怎么辦？沒辦法，原來的數(shù)組就不再可用了，你需要再次從內存中申請24字節(jié)，并且把原來的數(shù)據(jù)copy過來，此后再把剩余的8字節(jié)裝入數(shù)組。

就像這樣：

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接下來，我們看鏈表，依然假設需要裝載的貨物是16個字節(jié)。

鏈表與數(shù)組截然不同的地方在于就像火車一樣，你無須一次性申請40字節(jié)的空間，而是可以一節(jié)車廂一節(jié)車廂的申請，而且更棒的是這些車廂也不需要和數(shù)組一樣是連續(xù)的，就像這樣：

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你可以看到，這些車廂可以很松散的分布在內存的各個角落中，當你裝滿16字節(jié)想要再裝8字節(jié)怎么辦？很簡單，只需要再從內存中找2個車廂掛接上去就好了，就像這樣：

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原來的16字節(jié)根本就無需改動。

從這里也能看出來，數(shù)組是靜態(tài)的，創(chuàng)建好后就不能改動；而鏈表是動態(tài)的，你可以根據(jù)需求來動態(tài)的增加或者減少鏈表的長度。

接下來有同學就會問了，既然鏈表的車廂可以離散的分布在內存中的各個角落，那么你怎么知道一節(jié)車廂到底屬于哪個火車(鏈表)呢？你怎么能知道當前車廂的后一截車廂是哪一個呢？

鏈表是如何形成的？

要想明白這個問題，火車依然是為一個絕佳的示例。

想一想火車是如何形成的，火車是由火車頭、火車尾以及一節(jié)節(jié)車廂組成，火車頭和火車尾以及各節(jié)車廂沒有本質區(qū)別，因此我們重點關注在一節(jié)車廂上。

一節(jié)車廂有哪些關鍵因素呢：

一節(jié)車廂只知道自己的負重以及它的下一節(jié)車廂是誰

這就足夠了。

一節(jié)車廂不需要關心一輛火車是如何形成的，它只需要關心自己裝載了什么，以及它的下一節(jié)車廂是誰，這就是為什么鏈表的節(jié)點可以離散的散落在內存的各個角落的原因，因為盡管車廂是不連續(xù)的，但每一節(jié)車廂都知道自己的下一節(jié)車廂是誰：

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現(xiàn)在你應該看到了吧，只要你能找到一個頭節(jié)點，你可以拎出整條鏈表。這就是鏈表的奇妙之處。

這也告訴我們?yōu)槭裁丛黾踊蛘邉h除一節(jié)車廂這么簡單：你只需要改動節(jié)點本身以及該節(jié)點的前后鄰居就可以了：

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而數(shù)組這種一次性的數(shù)據(jù)結構(創(chuàng)建好后就無法修改)則對改動很不友好，鏈表則無此問題。

但鏈表的這種特性也有自己的缺點，這世界上沒有完美的數(shù)據(jù)結構。

對于數(shù)組來說，只要知道數(shù)組下標，我們可以一步從數(shù)組中找出該元素，但鏈表則不可以，如果我問你鏈表的第10個節(jié)點在哪里？除非從頭到尾數(shù)一遍否則在不借助其它方法的情況下你是沒有辦法知道的。

理解了這些你覺得鏈表還難嗎？