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【某大厂一面】数组和链表区别

news 来源：原创 2025/5/18 1:33:29

在 Java 中，数组（Array）和链表（LinkedList）是两种常见的数据结构，它们在存储和操作方式上有显著的区别。了解它们的差异有助于选择适合特定应用场景的结构。下面是数组和链表之间的详细比较。

1. 存储结构

数组（Array）
  • 连续内存空间：数组在内存中是一个连续的块，所有元素依次存储在一起。
  • 固定大小：数组的大小在创建时就确定，不能动态调整。创建后不能改变大小（除非重新创建数组并拷贝内容）。
  • 索引访问：数组支持通过索引直接访问任意位置的元素，时间复杂度为 O(1)。
链表（LinkedList）
  • 非连续内存：链表中的元素（节点）并不保存在连续的内存位置。每个节点包含一个数据部分和一个指向下一个节点的引用（对于双向链表，还有指向前一个节点的引用）。
  • 动态大小：链表的大小可以动态变化，不需要预先指定大小。可以在运行时不断添加或删除节点。
  • 逐步访问：访问链表中的元素需要从头节点开始，逐一遍历节点，直到找到目标元素。时间复杂度是 O(n)，其中 n 是链表的长度。

2. 内存使用

数组
  • 内存分配：数组一次性分配连续的内存空间，内存效率较高。但如果数组大小太大，可能会浪费空间；如果大小过小，则可能需要重新分配新的更大数组。
  • 固定大小：一旦数组的大小固定后，就无法扩展。如果数组大小不够，需要创建一个新的数组并将数据复制到新数组中。
链表
  • 内存分配：链表的每个节点都是单独分配内存的，因此内存使用更加灵活。每次新增元素时，只需要分配一个节点的内存。
  • 节点开销：每个节点除了存储数据外，还需要存储指向其他节点的引用，因此链表的内存开销比数组大，尤其是双向链表需要存储两个引用（前向引用和后向引用）。

3. 时间复杂度

数组
  • 访问元素：由于数组支持通过索引直接访问元素，访问时间是常数时间，O(1)。
  • 插入和删除：
    • 在数组的 末尾 插入或删除元素时间复杂度是 O(1)。
    • 在数组的 中间 插入或删除元素时，需要移动后续的元素，时间复杂度是 O(n)。
链表
  • 访问元素：需要从头节点开始遍历，逐个节点查找目标元素，时间复杂度是 O(n)。
  • 插入和删除：
    • 在链表的 头部 插入或删除元素时间复杂度是 O(1)。
    • 在链表的 中间 或 末尾 插入或删除元素也可以在 O(1) 时间完成，但需要先找到目标位置，找到位置的时间复杂度是 O(n)。

4. 使用场景

数组

  • 优点：

    • 直接的索引访问非常高效，适用于查找操作频繁的场景。
    • 存储连续的元素，内存管理较简单。
    • 适合元素个数已知且不经常变动的场景。

  • 缺点：

    • 大小固定，扩展困难（需要重新分配更大的数组）。
    • 插入和删除操作较慢，特别是中间的插入和删除，需要大量元素移动。
    • 随着元素增多，可能会浪费内存。
链表

  • 优点：

    • 动态大小，能方便地进行插入和删除操作，尤其是在头部或尾部插入删除。
    • 不需要预先分配固定大小，内存使用更加灵活。

  • 缺点：

    • 访问速度较慢，需要逐一遍历节点，不能像数组那样通过索引直接访问。
    • 每个节点需要额外存储指向下一个节点的引用，增加了内存开销。

5. 代码示例

数组示例
public class ArrayExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个大小为 5 的数组int[] arr = new int[5];// 向数组中添加元素arr[0] = 10;arr[1] = 20;arr[2] = 30;arr[3] = 40;arr[4] = 50;// 通过索引访问元素System.out.println("Element at index 2: " + arr[2]);// 插入元素时需要重新分配数组（手动管理）}
}
链表示例（使用 LinkedList 类）
import java.util.LinkedList;public class LinkedListExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个 LinkedListLinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();// 向链表中添加元素linkedList.add(10);linkedList.add(20);linkedList.add(30);// 访问链表中的元素System.out.println("First element: " + linkedList.get(0));// 插入元素linkedList.addFirst(5); // 在链表的头部插入元素linkedList.addLast(40); // 在链表的尾部插入元素System.out.println("Linked list: " + linkedList);// 删除元素linkedList.removeFirst(); // 删除头部元素linkedList.removeLast();  // 删除尾部元素System.out.println("After deletion: " + linkedList);}
}

6. ArrayList 和 LinkedList 的比较（Java 视角）

在 Java 中，ArrayList 和 LinkedList 都实现了 List 接口，但它们在底层实现上有所不同。ArrayList 使用数组作为存储结构，而 LinkedList 使用双向链表。

  • ArrayList：

    • 支持通过索引快速访问元素。
    • 插入和删除元素的时间复杂度通常为 O(n)，特别是在中间位置。

  • LinkedList：

    • 支持快速的插入和删除，特别是在头部或尾部。
    • 访问元素时需要遍历链表，访问时间较慢。

7. 总结

特性数组（Array）链表（LinkedList）
存储结构连续的内存空间每个节点包含数据和指向下一个节点的引用
大小固定大小动态大小
访问效率快速 O(1)需要遍历，O(n)
插入/删除效率中间插入/删除 O(n)，尾部 O(1)插入/删除 O(1)（头尾），查找 O(n)
内存管理静态分配，可能浪费空间节点动态分配，内存使用灵活
使用场景查找操作频繁，大小已知且不变的场景插入/删除频繁，元素动态变化的场景

选择使用数组还是链表，取决于具体应用场景。如果需要频繁的随机访问，数组是更好的选择。如果需要频繁的插入和删除操作，链表会更高效。

小伙伴们在开发过程中有使用心得可以再评论区一块讨论

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