Java链表基本操作和Java.util.ArrayList

今天做了一道《剑指offer》上的一道编程题“从尾到头打印链表”，具体要求如下：
输入一个链表，按链表值从尾到头的顺序返回一个ArrayList。
一开始我想的是通过两次遍历链表，第一次遍历得到链表元素的个数count。然后定义一个ArrayList 变量，由于ArrayList是动态数组，不能在未初始化的情况下对任意位置进行插入指定的值。所以只能先对其进行初始化，将count个ArrayList元素赋值为初始值0。随后第二次遍历链表，将遍历得到的值，按照倒序计算出位置i，将ArrayList对应位置i的值设定为该遍历值。后来发现别人大多都是用递归来做的，因为递归的原理是堆栈，先进后出，所以最后实现的堆栈输出顺序正好是从尾到头的顺序。时间复杂度比我的方法要优。

通过今天的做题，发现自己对于Java对单链表的操作以及java.ArrayList()的一些特性不太熟悉，所以想把今天收集到的资料记录一下，让自己能够记得清楚一些。

Java对于单链表的基本操作：

链表是一种常见的数据结构，链表不同于数组，其存储的位置可能不是连续的。所以当我们想要在链表中查找指定位置的结点时，只能去对链表进行遍历。而数组则直接能够通过位置找到相应的元素结点，时间复杂度为O（1）。
单链表的结构如下图所示：

下面定义Java链表的实体类Node：

package com.algorithm.link;
public class Node {
Node next = null;
int val; //节点中的值public Node(int val) //Node的构造函数
    {
        this.val = val;
    }
                            }

Java中对单链表的常见操作：

package com.algorithm.link;
public class MyLinkedList{
        Node head = null; //定义头结点指针
        
        /*-------------链表添加结点------------*/
        public void addNode(int val)
        {
        Node NewNode = new Node(val);//创建要添加的结点
        if(head==null) //当链表为空时
            {
                head=NewNode;
                return;
            }
        else { //当链表不为空时，则先找到链表的尾结点，然后插入待插入的结点
                   Node tmp = head;
                   while(tmp.next!=null)
                   {
                        tmp=tmp.next;
                   }
                  tmp.next=NewNode;//此时tmp为链表的尾结点
             }
        }
        
        /*------------链表删除结点----------*/
        public boolean deleteNode(int index)
        {
            if(index==1)//说明删除的是头节点
            {
                head=head.next;
                return true;
            }
            int i=2;
            //因为链表不止两个结点，所以定义一个前结点，一个当前结点，分别指向目标结点的前结点和目标结点
            Node preNode = head;
            Node curNode = head.next;
            while(curNode!=null)
            {
                if(index==i)//找到要删除的结点了,此时curNode指向该结点
                {
                    preNode.next=curNode.next;//删除结点
                    return true;
                }
                //preNode和curNode结点分别向后移动一位
                preNode=preNode.next;
                curNode=curNode.next;
                i++;
            }
            return true;//按照前面的一定能够找到待删除的结点，这句语句不会执行，只是为了程序能够通过编译。
        }
}

Java.util.ArrayList:

ArrayList是一种动态数组，可以根据元素增加的情况动态的重新分配空间，是Array的复杂版本。

ArrayList相对于Array有以下几个优点：

可以动态的增加或减少元素
实现了ICollection和IList接口
可以灵活的设置数组的大小

首先构建一个ArrayList，其提供了三种构造方法：

public ArrayList();
默认的构造器，将会以默认（16）的大小来初始化内部的数组
public ArrayList(ICollection);
用一个ICollection对象来构造，并将该集合的元素添加到ArrayList
public ArrayList(int);
用指定的大小来初始化内部的数组

在构造ArrayList时，可以指定ArrayList的类型，例:ArrayList<String> a = new ArrayList<String>();或ArrayList<Integer> b = new ArrayList<Integer>();但指定的类型必须为构造器类型(component type)

对ArrayList的基本操作：

add() 增加元素
remove(Object o) 遍历ArrayList，删除遇到的第一个指定的元素o
例： a.remove(new Integer(8)) //删除第一个元素值为8的元素
remove(index i) 根据下标来删除ArrayList中指定位置的元素
clear() 清除ArrayList中的所有元素
contains(Object o) 判断ArrayList中是否存在指定值的元素

将ArrayList 转换为Array数组：

ArrayList提供 public <T> T[] toArray(T[] a) 方法能够将ArrayList类型数组转换为普通Array数组，例如我们定义了一个Integer 类型的ArrayList数组: ArrayList<Integer> a = new ArrayList<Integer>() 并在其上通过循环，add了10个元素。此时，我们若想将其转换成为数组可以这样去转换：

Integer[] value=(Integer[])a.toArray(new Integer[a.size()]);

上述返回的数组的长度大小正好为a数组的大小，我们也可以指定new Integer[]里面的数字，当该长度容纳不下待转换的ArrayList元素个数时，该方法会重新依据ArrayList的大小重新分配一个数组，将ArrayList a 中的元素复制到里面并返回。当指定的数目大于a中的元素个数时，也就是数组的空间有剩余。此时，toArray()方法会将剩余的数组部分的元素值都置为 null。

将数组转换为ArrayList：

String数组 array;
List<String> list=Arrays.asList(array); //将String数组array转化成List

但上述的转化方法返回的list无法对其进行修改和增加元素，仿佛是静态固定的。[解释] 所以还可以通过以下的方法去将数组转换成ArrayList:

ArrayList<String> c = new ArrayList<String>(Arrays.asList(array));

此时返回的ArrayList数组可以正常地对其进行操作。

关于数组扩容对ArrayList效率的影响问题：

当我们以默认不带指定大小的构造器去构造一个ArrayList时，默认会将其大小初始化分配为16。在我们使用增加元素的方法之前，例如使用add（）、addAll（）等，都会首先检查内部数组的大小是否够用，如果不够用，则会以当前容量的两倍来重新构建一个数组，并将旧数组的元素copy到新数组中，并丢弃掉旧数组。这种在临界点进行扩容的操作，会比较影响效率。

比如，一个可能有200个元素的数据动态添加到一个以默认16个元素大小创建的ArrayList中，将会经过： 16*2*2*2*2 = 256 四次的扩容才会满足最终的要求，那么如果一开始就以： ArrayList List = new ArrayList( 210 ); 的方式创建ArrayList，不仅会减少4次数组创建和Copy的操作，还会减少内存使用。

另外一种可能发生的情况是，比如我们定义了一个ArrayList数组，且其大小为30，但我们却有31个元素要添加进去，该ArrayList数组则会经过一个扩容容量变为60，这样最后便会有29个元素的存储空间是浪费掉的。此时，我们可以通过 trimToSize 方法去让当前数组的大小变为实际元素个数的大小，还可以提前大致预测一下数组的大小，然后在数组创建之时就指定好大小，这样能够避免去浪费更多的空间。

java.util.Arrays()、java.util.ArrayList()、java数组之间的关系:

Arrays()实现了对数组的一系列操作方法，而ArrayList是动态数组，其大小可以动态变化。

参考文章

java实现单链表操作： https://www.cnblogs.com/bjh1117/p/8335108.html
java.util.ArrayList() :
https://www.cnblogs.com/qingchunshiguang/p/6103731.html